DE3038224A1

DE3038224A1 - Uhr mit schrittschaltmotor

Info

Publication number: DE3038224A1
Application number: DE19803038224
Authority: DE
Inventors: Paul Watertown Conn. Wuthrich
Original assignee: Timex Corp
Current assignee: Timex Group USA Inc
Priority date: 1979-10-29
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1981-05-14
Also published as: JPS5673377A; FR2468934A1; GB2062300B; GB2062300A; US4249251A; FR2468934B1; CA1115533A; IT8049469A0

Description

HOEGER, STELLRECHT & PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c - D 7OOO STUTTGART 1

A 44 216 b Anmelder: Timex Corporation

k - 177 Waterbury, Conn. 06720

3. Oktober 1980 USA

Uhr mit Schrittschaltmotor

Die Erfindung betrifft eine Uhr mit einem elektronisch gesteuerten Schrittschaltmotor.

Elektronische Uhren mit Analoganzeige, d. h. Uhren, bei denen die üblichen, sich drehenden Zeiger vorhanden sind, sind bekannt. Bei diesen Uhren wird ein Schrittschaltmotor sehr genau mit zeitlich exakt getakteten elektrischen Antriebssignalen angetrieben. Die Antriebssignale können dabei beispielsweise aus einer Transistor-Impulserzeugungsschaltung oder gemäß der neuen Entwicklung aus einer integrierten Schaltung stammen, der ein Quarzoszillator als Zeitnormal bzw. Taktgeber zugeordnet ist.

Da ein Schrittschaltmotor schrittweise mit jeder gewünschten Folgefrequenz zu einer Drehbewegung fortgeschaltet werden kann, ergibt sich hieraus die Möglichkeit, die Anzahl der Bauteile gegenüber einem konventionellen Uhrwerk mit kontinuierlich laufendem Synchronmotor als Antriebsmotor zu verringern. Beispielsweise kann ein Schrittschaltmotor mit Quarzsteuerung periodisch mit Antriebsimpulsen angesteuert werden und direkt mit einem Sekundenrad auf einer Hauptwelle kämmen, wie dies in der US-PS 3 824 781 beschrieben ist. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Wellen des Uhrwerks so anzuordnen, dass sie als sog. "überhängende" Wellen nur an einem Ende gelagert sind und nicht zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten Rahmenplatten bzw. Plattinen an beiden Enden. Derartige

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frühere Vorschläge finden sich in der US-PS 4 079 582, gemäß welcher der Schrittschaltmotor das Getriebe bzw. den Getriebezug des Uhrwerks über eine mit Reibschluß arbeitende Klauenkupplung antreibt.

Ein Getriebe, welches mit "überhängenden" Wellen arbeitet, die in einem einzigen Lager gelagert sind„ ist jedoch bei den bekannten Konstruktionen weniger stabil, und empfindlicher für GleichlaufSchwankungen oder Fehlausrichtungen, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, um eine exakte Fixierung der gelagerten Wellenenden zu erreichen» Andererseits besteht ein grosser Vorteil einseitig gelagerter Wellen darin,, dass sie den automatischen Zusammenbau des Uhrwerks, ausgehend von einer Seite eines Rahmenelements ermöglichen.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Uhr der eingangs beschriebenen Art bezüglich des Aufbaus des Getriebes durch die Verwendung einseitig gelagerter Wellen zu vereinfachen, wobei gleichzeitig eine exakte Lagerung der gelagerten Wellenenden angestrebt wird»

Diese Aufgabe wird, was den Getriebeaufbau anbelangt, durch eine Uhr mit den Merkmalen des Anspruchs 1„und was die Wsllenlagerung anbelangt-, insbesondere auch durch ein© Uhr mit den Merkmalen gemäß Anspruch 2 gelöste

Der entscheidende Vorteil von Uhren gemäß der Erfindung besteht dabei darin, dass das Getriebe einerseits sehr einfach aufgebaut und leicht automatisch

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zu montieren ist und dass andererseits trotzdem für eine, exakte Lagerung der einseitig gelagerten bzw. "überhängenden" Wellen gesorgt ist»

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen?

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch die wesentlichen Elemente einer Uhr gemäß der Erfindung in Form einer Abwicklung längs der Linie I-I in Figur 2 und

Fig. 2 eine vereinfachte Rückansicht der Uhr gemäß Fig. 1.

Im einzelnen zeigt Figur 1 der Zeichnung einen Querschnitt durch einen Teil einer elektronischen Uhr, wobei ein Teil des Gehäuses entfernt ist, so dass lediglich die Teile des Uhrwerks gezeigt sind, die im vorliegenden Zusammenhang von Bedeutung sind. Die Uhr besitzt ein Rahmenelement 10 aus Kunststoff, in dem eine Hauptwelle 11 mit einem Minutenzeiger 12 drehbar gelagert ist. Weiterhin ist koaxial zur Hauptwelle 11 eine Buchse 13 drehbar angeordnet, auf der ein Stundenzeiger 14 sitzt. Die Zeiger 12 und 14 sind auf der Aussenseite bzw. oberhalb eines Zifferblattes ange-= ordnet. Unterhalb des Zifferblattes 15 ist auf der Buchse 13 ein Stundenrad 16 befestigt.. Ausserdem ist dort an der flr.uptwelle 11 ein zu dieser koaxiales Zentralrad 17 befestigt.

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In dem Rahmenelement 10 ist ausserdem eine zweite Welle bzw. eine Zwischenwelle 18 drehbar gelagert, auf der jeweils drehfest ein Minutenritzel 19, ein Minutenrad 20 und ein Zwischenrad 21 sitzen.

Die vorstehend erwähnten Räder und Ritzel 16 bis 21 bilden alle zusammen ein Getriebe, welches durch einen Schrittschaltmotor 22 angetrieben wird. Der Schrittschaltmotor 22 besitzt einen Rotor 23 mit einem Ritzel 24, welches mit dem Zwischenrad 21 kämmt,sowie eine eine permanentmagnetische Scheibe 25, welche schrittweise zwischen oberen und unteren Statorkernstücken bzw. 27 hindurchdrehbar ist. Die Statorkernstücke 26, 27 bilden Verlängerungen von magnetisch' permeablen Kernstücken 28, 29, die sich in einer Spule 30 überlappen. Das Ritzel 24 des Rotors 23 ist an einem Ende in einer Bohrung 31 des Rahmenelements 10 gelagert und am anderen Ende in einem aus Kunststoff bestehenden Lagereinsatz 32, der in dem unteren Statorkernstück befestigt ist.

Wie die Draufsicht gemäß Fig. 2 zeigt, in der das Uhrwerk schematisch dargestellt ist, um die Anordnung des Schrittschaltmotors und des Getriebes zu verdeutlichen, weist das Rahmenelement 10 Ausnehmungen für eine Batterie 33 auf, welche die elektrische Energie für den Schrittschaltmotor 22 liefert. Der Schrittschaltmotor wird durch einen Steuer- bzw. Treiberkreis angesteuert, der vorzugsweise als integrierte Schaltung ausgebildet ist und dem ein Quarzoszillator zugeordnet ist, der auf bekannte, im vorliegenden Zusammenhang nicht wesentliche Weise ein Taktsignal in Form einer elektrischen Impulsfolge liefert. Ein

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Gehäuse 34 zur Aufnahme des Schwingquarzes ist in Figur 2 angedeutet.

Der Schrittschaltmotor ist vorzugsweise gemäß der US-PS 4 079 279, auf deren Offenbarung hiermit ausdrück- · lieh Bezug genommen wird, ausgebildet.

Die Lage des Getriebes ist dadurch angedeutet, dass das Stundenrad 16 und das Zentralrad 17 mit strichpunktierten Linien eingezeichnet sind. Diese beiden Räder sorgen, wie oben ausgeführt, für den Antrieb des Stundenzeigers bzw. des Minutenzeigers. Das Stundenrad 16 kämmt mit dem Minutenritzel 19 und wird von diesem angetrieben. Das Zentralrad 17 kämmt mit dem Minutenrad 20 _sund wird von diesem angetrieben. Das Zwischenrad 21 sitzt auf derselben pfeile. Die Elenente 19,20,21 stellen eine Zwischenrad/Ritzel-Anordnung dar. Das Zwischenrad 21 wird direkt vom Ritzel 24 des Rotors 23 des Schrittschaltmotors 22 angetrieben.

Wie Fig. 1 zeigt, gehören die beiden Zahnradanordnungen, die von den Wellen 11 und 18 getragen werden, zum sog. "überhängenden" Typ, was bedeutet, dass die Zahnräder von einem abstehenden Ende der Welle getragen werden und dass das andere Ende der Welle drehbar gelagert ist, so dass insgesamt nur ein Wellenende in einem einzigen Bauelement gelagert ist. Die Welle ist also nicht an beiden Enden in Lagern gehaltert, die in zwei im Abstand voneinander angeordneten Platten vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß besitzen die Wellen 11 und 18 frei ' überhängende bzw. überstehende Teilstücke 11a und 18a, auf denen die Zahnräder sitzen,sowie gelagerte

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Teilstücke 11b bzw. 18b, die in das Rahitienelement 10 hineinragen. Die beiden Wellen sind dabei in ähnlicher Weise gelagert, so dass die nachfolgende Erläuterung der Lageranordnung für die Hauptwelle 11 auch für die Zwischenwelle 18 gilt.

Das Rahmenelement 10 besitzt eine Bohrung 35 mit einem zylindrischen Lagerteil 36 grosseren Durchmessers und mit einem zylindrischen Lagerteil 37 kleineren Durchmessers, wobei die Lagerteile 36, 37 über einen konischen Verbindungsbereich 38 miteinander verbunden sind. Das gelagerte Teilstück 11b der Hauptwelle 11 ist mit einem ersten Lagerbereich 11c grosser en Durchmessers und einem zweiten Lagerbereich 11d kleineren Durchmessers versehen. Aufgrund der erläuterten Konstruktion kann die Hauptwelle 11 mit den zugehörigen Getrieberädern mittels automatischer Bestückungsmaschinen in ihr Lager eingesetzt werden, indem man einfach den gelagerten Teil 11b in die Bohrung 35 einsetzt, wobei die Lagerbereiche 11c und 11d mit dem grösseren und dem kleineren Durchmesser genau in die zugehörigen Lagerteile 36, 37 passen.

Bei dem betrachteten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Getriebe von der Oberseite des Rahmenelements 10 her zusammengesetzt. Dabei wird zunächst die Zwischenrad/Ritzel-Anordnung mit den Elementen 19, 20 und 21 auf der Welle 18 von oben in den zugehörigen Lagereinsatz 32 eingesetzt. Die andere ünteranordnung umfaßt die Elemente 16 und 17, die auf der Hauptwelle montiert sind, wobei das Zifferblatt 15 befestigt und die Zeiger 12 und 14 bereits angebracht sind. Diese ünteranordnung wird einfach nach unten in die

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richtige Lage abgesenkt, indem man das zu lagernde Teilstück 11b der Hauptwelle 11 in die Bohrung 35 einsetzt und dafür sorgt, dass die einander zugeordneten Räder miteinander kämmen. Der Schrittschaltmotor 22 kann ebenfalls in zusammengebautem Zustand von der anderen Seite des Rahmenelements her eingebaut werden, wie dies aus der Zeichnung werden sollte.

Arbeitsweise:

Wenn die erfindungsgemäße Uhr läuft, dann wird der Schrittschaltmotor durch die getakteten elektrischen Antriebssignale aus der Steuer- bzw. Treiberschaltung periodisch fortgeschaltet und treibt das Zwischenrad 21. Hierdurch wird veranlaßt> dass die Räder 19 und die Räder 16 und 17 mit der richtigen relativen Drehzahl antreiben. Beim Ausführungsbeispiel wird der Schrittschaltmotor pro Minute um einen 6O°-Schaltschritt fortgeschaltet, so dass er pro Stunde zehn Umdrehungen ausführt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 24 und dem Zwischenrad 21 ist 1 : 10, so dass die Zwischenrad/Ritzel-Anordnung mit einer Drehzahl von einer Umdrehung pro Stunde angetrieben wird. Das Minutenrad 12 und das Zentralrad 17 haben jeweils die gleiche Anzahl von Zähnen, so dass die Hauptwelle 11 und der Minutenzeiger eine Umdrehung pro Stunde ausführen. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Minutenritzel 19 und dem Stundenrad 16 ist 1 : 12, so dass die Buchse 13 mit dem Stundenzeiger pro Stunde den zwölften Teil einer vollen Umdrehung ausführt.

Der vorstehend beschriebene Aufbau führt zu einem sehr kompakten Getriebe mit einem Minimum von Bauelementen, wobei die "überhängenden" bzw. "überste-

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henden" Unteranordnungen einen automatischen Zusammenbau ermöglichen. Die in spezieller Weise ausgebildeten Lagerbohrungen für die Wellen erleichtern dabei einen einfachen Einbau und verringern ein Wackeln der Wellen und Fehlausrichtungen der Zahnräder_f ^adie im Abstand voneinander vorgesehenen Lagerflächen in den einzelnen Bohrungen zu einer sehr guten Führung bzw. Ausrichtung führen.

Abschliessend sei noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Vielmehr stehen dem Fachmann, ausgehend von diesem Ausführungsbeispiel, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote, ohne dass er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.

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Patentansprüche

uhr mit elektronisch gesteuertem Schrittschaltmotor, gekennzeichnet durch folgende Merkmales

es sind Signalerseugungseinrichtungar, sum. Erzeugen getakteter elektrischer Antriebssignale vorgesehen?

es ist ein Schrittschaltmotor mit einen Rotor und einem Ritzel vorgesehen, die periodisch in Abhängigkeit von den elektrischen Antriebssignalen zu einer Drehbewegung antreibbar sind;

es ist ein Rahmen vorgesehen, der den Schrittschaltmotor trägt und mindestens eine Bohrung aufweist, welche im Abstand voneinander Gleitlagerteile mit größerem und kleinerem Durchmesser aufweist;

in-der Bohrung ist eine Welle gelagert _t die ©inen

Gleitlages.-bere2.chen größeren una k meiner, en Durchmessers und einen frei überstehenden. Teil auf·= weist _e der von dem Rahman absteht;

es ist eis Eentralrad vorgesehen_f welches au dem frsi überstehenden Teil der Welle befestigt istι

es ist eine Buchse vorgesehen, die drehbar auf

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der Welle angeordnet ist und an der ein Stundenrad befestigt ist;

es ist eine Zwischenrad/Ritzel-Anordnung vorgesehen, welche drehbar an dem Rahmen montiert ist und durch die das Zentralrad unddas Stundenrad antreibbar sind;

die Zwi3chenrad/Ritzel=Änordnung ist durch das Ritzel des Schrittschaltmotors direkt antreibbar.

2. Uhr mit elektronisch gesteuertem Schrittschaltmotor , insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmales

es sind Signalerseugungseinrichtungen zum Erzeu-■ gen getakteter elektrischer Antriebssignale vorgesehen;

es ist ein Schrittschaltmotor mit einem Rotor und einem Ritzel vorgesehen, die periodisch in Abhängigkeit von den elektrischen Antriebssignalen zu einer Drehbewegung antreibbar sind;

es ist ein Rahmen vorgesehen, der den Schrittschaltmotor trägt und im Abstand voneinander eine erste und einezweite als Gleitlager dienende Bohrung aufweist?

in der ersten Bohrung ist eine erste Welle gelagert, die einen frei über den Rahmen vorstehenden Teil aufweist und auf der ein Zentralrad sitzt;

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in der zweiten Bohrung ist eine zweite Welle gelagert, die einen frei über den Rahmen vorstehenden Bereich aufweist und auf der ein dem Antrieb des Zentralrades dienendes Minutenrad und ein Minutenritzel sitzen;

auf der ersten Welle ist eine Buchse drehbar gelagert, auf der ein durch das Minutenrad antreibbares Stundenrad sitzt;

es ist ein Zwischenrad vorgesehen, welches drehfest auf der zweiten Welle sitzt und direkt durch das Ritzel des Schrittschaltmotors antreibbar ist.

3. Uhr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Bohrungen einen Gleitlagerteil grosseren Durchmessers und im Abstand davon einen Gleitlagerteil kleineren Durchmessers aufweist und dass jede der Wellen einen Gleitlagerbereich grösseren Durchmessers und im Abstand davon einen Gleitlagerbereich kleineren Durchmessers aufweist, derart, dass die Lagerteile und Lagerbereiche entsprechenden Durchmessers einander zur Bildung von Gleitlagern zugeordnet sind,

4. Uhr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen zwischen den im Abstand voneinander befindlichen Gleitlagerteilen einen konischen Verbindungsbereich aufweisen.

5. Uhr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittschaltmotor einen permanentmagneterregten Rotor aufweist, der zwischen zwei Statorelementen angeordnet ist, die Kernstücke zum Zusammenwirken mit einer elektrischen Spule aufweisen.

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