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Uhr mit Batterieantrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Uhr mit
Batterieantrieb, und zwar eine elektrische Uhr mit einer beweglichen Spule, die
einer Unruh zugeordnet ist und sich durch stationäre magnetische Felder bewegt.
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Der begrenzte Raum innerhalb des Gehäuses einer Armbanduhr bedingt
Beschränkungen sowohl hinsichtlich der primären elektrischen Stromquelle als auch
der Mittel zur Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Energie. Auch
die Menge der elektrochemischen Energie, die in einer in das Gehäuse einer Armbanduhr
passenden Batterie untergebracht werden kann, ist sehr begrenzt. Daher ist es erforderlich,
die vorhandene elektrische Energie auf die wirksamste Weise in mechanische Energie
umzuwandeln, damit eine möglichst lange Lebensdauer der Batterie erzielt wird.
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Es sind bereits verschiedene Arten elektrischer Antriebsmittel zur
Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie in elektrischen Uhren
vorgeschlagen worden. Diese Mittel haben entweder bewegliche oder stationäre Spulen
und arbeiten entweder mit stationären oder mit beweglichen Permanentmagneten verschiedener
Formen. Diese Konstruktionen sind im allgemeinen unbefriedigend, sobald ein Versuch
gemacht wird, ihren Umfang zu verringern, um sie in dein Gehäuse einer Armbanduhr
unterzubringen. Die Magnetkreise ergeben im allgemeinen eine ausgedehnte Flußstreuung,
die sich nachteilig auf andere Teile der Uhr auswirkt. Versuche, diese Flußstreuung
zu steuern oder einzuschränken, haben dann Motoren mit einer niedrigen Leistung
zur Folge.
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Um diesen '`-Iangel zu verringern, ist es bei einer elektrischen Uhr,
die eine aus einer Unruh und einer Unruhwelle bestehende Einheit besitzt, bekannt,
daß wenigstens eine Spule, die wenigstens drei mit Abstand angeordnete Seiten aufweist,
in einer rechtwinkligen Ebene zu der Unruhwelle getragen wird, und die Mittel zur
Bildung eines magnetischen Feldes besitzt. das wenigstens drei mit Abstand angeordnete
verstärkte Bereiche aufweist, deren magnetische Achsen parallel zu der Unruhwelle
verlaufen, wobei die Seiten der Spule derart im Abstand angeordnet sind, daß sie
die verstärkten Bereiche gleichzeitig passieren und die Mittel zur periodischen
Verbindung der Spule mit der Batterie aufweist, um einen magnetischen Fluß um die
Spule zu erzeugen.
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Dabei ist z. B. die Anordnung so getroffen, daß die Spule aus zwei
halbkreisförmigen Flachspulen symmetrisch zurre Unruhdurchmesser besteht, wobei
an zwei Stellen jeder geraden (Durchmesser-) Seite der Spulen die Magnetfelder im
Augenblick der Erregung liegen, so daß vier Impulse gleichzeitig auftreten. Diese
Anordnung hat, abgesehen von der erheblichen Raum-Beanspruchung der zwei verwendeten
Hufei senmagnete, den Nachteil erheblicher Streufelder, da die Magnetbereiche auf
beiden Seiten des Unruhdurchmessers wirken. Das gleiche ist bei einer anderen Anordnung
mit zwei symmetrisch angeordneten Dreieckspulen und sechs abwechselnd polarisierten
Stabmagneten der Fall, von denen jeweils gleichzeitig nur je zwei auf die aktiven
Spulenteile impulsgebend im Sinne der Drehmomenterzeugung einwirken, während der
dritte eine Zentrifugal- bzw. Zentripetalkraft hervorruft; will man auch ihn ausnutzen,
so muß man die Kontaktdauer so weit verlängern, daß mehrere Impulse nacheinander
auftreten, was für die Isochronismusbedingungen sehr ungünstig ist.
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Um nun die Antriebsleitung bei im wesentlichen gleichen Batterieverbrauch
noch weiter zu verbessern, ohne jedoch raumaufwendige und erhebliche Streufelder
bedingende Magnetsysteme zu verwenden, besteht bei einer Uhr der im vorigen Absatz
genannten Gattung die Erfindung in der Verwendung einer exzentrisch zur Unruhwelle
innerhalb eines Bereiches von höchstens 180° um die Unruhwelle angeordneten Spule,
jedoch in derartig abgewandelter Form der Spule und in derartiger Anordnung der
Magnetpole, daß trotz der exzentrischen Spulenlage im Augenblick der Erregung der
Spule von den Magnetpolen an mindestens drei annähernd in radialer Richtung stromdurchflossenen
Stellen der Spule gleichzeitig Antriebsimpulse in gleicher Richtung auf die die
Spule tragende Unruh ausgeübt werden.
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Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist nur eine Spule
vorgesehen, die eine zu der Unruhwelle im wesentlichen radial verlaufende rückwärtige
Seite,
zwei mit den Enden der rückwärtigen Seite verbundene schräge Seiten und zwei radiale
Schenkel aufweist, die an einem Ende mit den schrägen Seiten und an ihrem anderen
Ende miteinander verbunden sind.
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Nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung können
auch zwei Spulen vorgesehen sein. wobei ein Schenkel der einen Spule parallel neben
einem Schenkel der anderen Spule angeordnet ist. so daß beide Schenkel gleichzeitig
in einem der verstärkten Bereiche des magnetischen Feldes liegen.
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Mit einer solchen Anordnung kann eine höhere Drehkraft bei im wesentlichen
gleichen Batterieverbrauch erzielt werden, so daß eine verstärkte Antriebskraft
erzeugt wird, oder aber es kann, wenn eine verstärkte Antriebskraft nicht erforderlich
ist, eine kleinere Batterie verwendet oder eine erhöhte Lebensdauer der Batterie
erzielt werden.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen in zwei Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Uhr mit der Unruheinheit
und dem Antriebsmechanismus, Fig. 2 eine Seitenansicht der Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht
auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Teile der Uhr, Fig.4 einen vertikalen
Teilschnitt nach der Linie 4-4 der Fig.3. Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Uhr nach
einer anderen Ausführungsform, Fig. 6 eine teilweise Seitenansicht der Fig. 5 und
Fig. 7 ein vertikaler Teilschnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 5.
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In den Fig. 1 bis 4 ist im allgemeinen eine Uhr von dem gleichen Typ
dargestellt, wie er in einem älteren Vorschlag der Erfinderin beschrieben und dargestellt
ist, und da sich die Uhren lediglich durch die Mittel zur Umwandlung der elektrischen
Energie in mechanische Energie unterscheiden, sind auch nur diese Teile der Uhr
dargestellt.
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Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Uhr, die eine Tragplatte 10 und eine
Unruh 12 aufweist, die auf einer Unruhwelle 14 angeordnet ist. Die Unruh 12 hat
einen Reifen 16, der von Armen oder Speichen 18 und 20 getragen wird. An einer Seite
des Reifens 16 sind übliche Gegengewichte 22 vorgesehen, um das Gewicht einer Spule
auszugleichen, die nachstehend beschrieben wird. Die Tragplatte 10 ist unterhalb
der Unruh mit einer kreisausschnittförmigen Ausnehmung 24 versehen, die durch vertikale
Flächen 26 und 28 begrenzt wird. Die Uhr weist ein Zifferblatt 30, einen Stundenzeiger
32, einen Minutenzeiger 34 und einen Sekundenzeiger 36 auf.
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Innerhalb der Unruh 12 ist eine im ganzen mit 38 bezeichnete Spule
angeordnet, die in eine zwecks besserer Veranschaulichung durchsichtig dargestellte
Platte 40 aus Kunstharz eingebettet ist. Die Kunstharzplatte 40 ist in der in Fig.
3 unteren Hälfte der Unruhe 12 zwischen den Armen 18 und 20 und dem Reifen 16 eingegossen
bzw. eingeformt, wie am besten aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist. Fig. 3 zeigt,
daß die Spule 38 einen rückwärtigen Teil 41, zwei mit dem geraden Teil 41 verbundene
schräge Seiten 42 und 44 sowie einen im wesentlichen U-förmigen Teil 46, dessen
radiale Schenkel 48 und 50 mit den Schrägseiten 42 und 44 verbunden sind, aufweist.
Ein Ende der Spule ist mit der Unruh verbunden, während das andere Ende mit einem
geeigneten Kontaktmechanismus in Verbindung steht.
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Unterhalb der Unruh 12 sind in der kreisausschnittförmigen Ausnehmung
24 der Tragplatte 10 Öffnungen vorgesehen, in die zylinderförmige Magnete 52, 54,
56 und 58 eingepreßt sind. Der magnetische Kraftfluß geht von den Enden der Magnete
senkrecht zu denselben aus. Die Magnete sind derart angeordnet, daß in der in Abb.
3 dargestellten Unruhlage der -Nlagnet 52 unter einem Ende des rückwärtigen Teiles
41 der Spule 38, der Magnet 54 unter dem radialen Schenkel 48, der Magnet 56 unter
dem radialen Schenkel 50 und der Magnet 58 unter dem anderen Ende des rückwärtigen
Teiles 41 liegt. Die oberen Pole der Magnete 52 und 56 sind gleichnamige Pole, deren
Polarität den oberen Polen der Magnete 54 und 58 entgegengesetzt ist, so daß der
von jedem 'ATagnetfel<1 erzeugte Impuls dazu neigt, die Spule und die Unruh in
derselben Drehrichtung zu bewegen.
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Oberhalb der in Fig.3 unteren Hälfte der Unruh ist ein oberer Magnetrückschlußteil
60 angeordnet, der von zwei aus weichem magnetischem Material bestehenden Zapfen
62 und 64 getragen wird, die sich durch die Tragplatte 10 erstrecken. Durch den
oberen Magnetrückschlußteil 60 und die Zapfen 62 und 64 führen Schrauben 66 und
68, die in einen unteren Magnetrückschlußteil 70 eingreifen, der sich unterhalb
der in Fig.3 unteren Hälfte der Unruh an der unteren Seite der Tragplatte erstreckt.
Die Tragplatte 10 ist aus einem geeigneten nicht magnetischen Material, beispielsweise
Messing oder Neusilber, gefertigt, während die Magnetrückschlußteile 60 und 70 sowie
die Zapfen 62 und 64 aus magnetisierbarem Material, beispielsweise niedriggekohltem
Stahl, bestehen. Die Schrauben 66 und 68 können entweder aus magnetisierbarem oder
aus nicht magnetisierbarem Material hergestellt sein.
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Der obere Magnetrückschlußteil 60 besitzt zwei sich nach außen erstreckende
Schenkel 72 und 74, die von den Zapfen 62 und 64 getragen werden, und deren innere
Enden einen W-förmigen Teil 76 bilden. Der untere Magnetrückschlußteil 70
ist ähnlich geformt und weist Schenkel 78 und 80 auf, die durch einen W-förmigen
Tei182 miteinander verbunden sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die unteren Flächen
der 14lagnete 52 und 54 stehen mit dem linken Schenkel 84 des W-förmigen Teiles
82 des unteren Nlagnetrückschlußteiles 70 in Verbindung, während die unteren Flächen
der Magnete 56 und 58 mit dem rechten Schenkel 86 des W-förmigen Teiles 82 des unteren
Magnetrückschlußteiles in Berührung stehen.
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Nimmt man nun an. der Strom fließt durch die Spule 38 in der auf dem
Spulenteil 41 in Fig. 3 mit einem Pfeil bezeichneten Richtung, wobei die obere Fläche
des Magnets 52 ein Nordpol ist, so wird dem linken Ende des rückwärtigen Teiles
41 ein Impuls nach oben rechtwinklig zu dem Stromfluß vermittelt. Durch denselben
Stromfluß in der Spule 38 wird ein Strom erzeugt, der nach innen in Richtung auf
die Unruhwelle 14 durch den radialen Schenkel 48 oberhalb des Magnets 54 fließt.
Wenn das obere Ende des Magnets 54 ein Südpol ist, so erzeugt dieser einen Impuls
auf den Spulenschenkel 48 nach links, rechtwinklig zu dem Spulenschenkel und dem
Stromfluß durch denselben. Gleichzeitig fließt Strom radial nach außen durch den
Schenkel 50 der Spule 38 oberhalb des Magnets 56, und wenn das obere Ende dieses
Magnets ein Nordpol ist, wird dem Schenkel 50 ein' Impuls nach links, rechtwinklig
zu dem Schenkel 50 und dem diesen durchfließenden Strom vermittelt. Der Stromfluß
im rechten Ende des Teiles 41 wirkt mit einem Südpol am oberen Ende des Magnets
58 zusammen, wodurch am rechten Ende des Teiles 41. rechtwinklig zu diesem, ein
Impuls nach unten erzeugt wird. Es geht
hieraus hervor, daß die
von allen vier Magneten erzeugten Impulse dazu neigen, gleichzeitig der Spule und
der Unruh eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn zu vermitteln. Die Magnetpole können
natürlich auch umgekehrt, wie hier beschrieben, polarisiert sein, vorausgesetzt,
daß die relativen Polaritäten unverändert bleiben, damit die sich addierenden Impulse
auf der Spule erzeugt werden können.
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Es können also bei einem gegebenen Strom in der Spule 38 vier sich
addierende Impulse erzielt werden, um die Unruh zu bewegen, wobei eine hohe Drehkraft
erzeugt und ein wirksamerer impulsgebender Mechanismus geschaffen wird, als er bisher
verfügbar war. Der Magnetkreis ist auch hier in einem Teil der Uhr durch die Schließung
des Eisenweges isoliert, wie dies bereits in einem älteren Vorschlag der Erfinderin
beschrieben wurde. Dadurch werden die Streufeldprobleme auf ein Minimum reduziert,
während gleichzeitig durch die Verwendung der offenbarten kleinen zylinderförmigen
Magnete und des Magnetrückschlußkreises starke magnetische Felder in stark begrenzten
Räumen geschaffen werden.
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In den Fig. 5, 6 und 7 ist eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform
dargestellt, in welcher die in der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 verwendete
einzelne Spule durch zwei Spulen ersetzt ist, die von der Unruh getragen werden.
So ist in Fig. 5 eine Uhr dargestellt, die eine Tragplatte 90 aufweist, auf welcher
eine Unruh 92 mit einer Unruhwelle 94 angeordnet ist. Wie in der vorhergehenden
Ausführungsform, ist diese Uhr von der gleichen Art, wie sie in den vorerwähnten
gleichlaufenden Anmeldungen ausführlicher offenbart worden ist.
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Die Unruh 92 weist einen Reifen 96 auf, der von Armen 98 und 100 getragen
wird. An dem Reifen 96 sind Gegengewichte 102 angeordnet, um das Gewicht der nachstehend
beschriebenen Spulen auszugleichen. In der Tragplatte 90 ist eine kreisausschnittförmige
Ausnehmung 104 vorgesehen, die von Seitenflächen 106 und 108 begrenzt wird. Die
Tragplatte 90 ist mit Öffnungen versehen, in die drei zylinderförmige Magnete 110,
112 und 114 eingepreßt sind.
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In der Unruh 92 sind vermittels einer aus Kunstharz bestehenden Platte
116 zwei Spulen 118 und 120 angeordnet. Die Spule 118 besteht aus annähernd
radialen Schenkeln 122 und 124, die durch einen bogenförmigen Teil 126 miteinander
verbunden sind. Die Spule 120 ist in der gleichen Weise mit radialen Schenkeln 128
und 130 ausgebildet, die durch einen bogenförmigen Teil 132 miteinander verbunden
sind. Die radialen Schenkel 124 und 128 der Spulen 118 bzw. 120 sind parallel und
nebeneinander oberhalb der oberen Fläche des mittleren Magnets 112 angeordnet, wie
aus den Fig. 5 und 7 zu ersehen ist. Dieser Magnet hat vorzugsweise einen breiteren
Durchmesser als die Magnete 110 und 114, um ein gleichförmiges Feld für beide Spulenschenkel
124 und 128 zu erzielen. Die radialen Schenkel 122 und 130 der Spulen 118 und 120
sind jeweils über den oberen Flächen der Magnete 110 bzw. 114 angeordnet. Die Spulen
118 und 120 können entweder in Reihe oder parallel geschaltet sein, sie sind jedoch
so verbunden, daß der Strom in den oberen radialen Schenkeln 122 und 130 in entgegengesetzten
Richtungen fließt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Dadurch fließt der Strom
durch die parallel verlaufenden Schenkel 124 und 128 oberhalb des Magnets 112 in
der gleichen Richtung.
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Über der Unruh und den Spulen ist ein oberer Magnetrückschlußteil134
angeordnet, der von zwei aus weichem magnetischem Material bestehenden Zapfen 136
und 138 getragen wird. Wie in der vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform,
erstrecken sich auch diese Zapfen durch die Tragplatte 90. Durch den oberen #%-Iagnetrückschlußteil
134 und die Zapfen 136 und 138 sind Schrauben 140 und 142 geführt, die in einen
unteren Magnetrückschlußteil 144 eingreifen, der unterhalb der Unruh all der unteren
Seite der Tragplatte 90 angeordnet ist. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform
besteht die Tragplatte aus einem geeigneten nicht magnetisierbaren Material, wie
Messing oder Neusilber, während die Magnetrückschlußteile 134 und 144 aus magnetisierbarem
Material, beispielsweise niedriggekohltem Stahl, hergestellt sind. Die Schrauben
140 und 142 können entweder aus magnetischem oder aus nicht magnetischem Material
bestehen.
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Wenn der Strom in den Spulen 118 und 120 in der in Fig. 5 mit Pfeilen
bezeichneten Richtung fließt und das obere Ende des mittleren Magnets 112 ein Südpol
ist, dann wird den Spulenseiten 124 und 128 ein Impuls nach links, rechtwinklig
zu diesen Spulenseiten und dem Stromfluß in denselben, vermittelt. In diesem Fall
ist das obere Ende des Magnets 110 ein Nordpol, der dem Schenkel 122 der Spule 118
in Fig. 5 einen Impuls nach oben, rechtwinklig zu der Spulenseite und dem Stromfluß
in derselben, vermittelt. Das obere Ende des Magnets 114 ist ebenfalls ein Nordpol,
so daß dem Schenkel 130 der Spule 120 in Fig. 5 ein Impuls nach unten, rechtwinklig
zu der Spulenseite und dem Stromfluß in derselben vermittelt wird. Es werden demnach
vier verschiedene Impulse gleichzeitig erzeugt, von denen jeder dazu neigt, die
Unruh 92 im Uhrzeigersinn zu drehen. Die Richtung des Stromflusses kann natürlich
auch umgekehrt werden, solange nur der Stromfluß in den parallel verlaufenden Schenkeln
124 und 128, die in demselben Magnetfeld liegen, in derselben Richtung erfolgt.
Auch die Polaritäten der Magnete können umgekehrt werden, solange die oberen Pole
der Magnete 110 und 114 die gleiche Polarität haben, die der des oberen Poles des
Magnets 112 entgegengesetzt ist.
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Wie in der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform, so ist auch
hier der Magnetkreis und der impulsgebende Mechanismus örtlich begrenzt in einem
Teil der Uhr untergebracht, wobei die Streufelder durch den Magnetkreis auf ein
Minimum reduziert werden. Für einen gegebenen Stromfluß wird ein hoher Grad von
Impulsdrehkräft erzielt, um ein wirksames Mittel zur Umwandlung von elektrischer
Energie in mechanische Kraft, bei geringster Beanspruchung der Batterie, zu erhalten.