DE2138028A1 - Elektrische Uhr mit kontaktgesteuer ter Antriebseinrichtung - Google Patents

Description

ΟίρΙ Ing. Heim Lesser. Patentanwalt D - 8 Mun,ii,>n 8'. Cosi-^jstruf«? B¹ f_t)le|on. (0811) 48 3820

Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha

3-4, 4-chome, Ginza, Chuo-ku L 9445

Tokyo/ Japan Fl/km

j Elektrische Uhr mit kontaktgesteuerter

Antriebseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Uhr mit einer Unruh und einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung, die einen Elektromagneten und einen dessen Antriebsstrom steuernden, mechanischen Kontakt aufweist.

Bei bekannten Uhren der vorgenannten Art wurde der Elektromagnet an der Unruh und ein Dauermagnet auf einer demgegenüber ortsfesten Unterlage, wie beispielsweise das Uhrwerkgehäuse, angeordnet. Bei einer solchen Anordnung ist es schwierig, eine Schutzeinrichtung für die sich abnützenden Kontakte, d.h. eine Funkenlöscheinrichtung für die bei Trennen des Speisekreises für den Elektromagneten entsprechend belasteten Kontakte vorzusehen. Eine solche bekannte Anordnung ist in Figur 2 der Zeichnung dargestellt, worauf später noch eingegangen wird. Weitere Nachteile sind darin zu sehen, dass der Aussendurchmesser des Unruhrades und der Luftwiderstand gross wird; der Wirkungsgrad der elektro-mechanischen Umsetzung ist gering. Hinsichtlich einer Schutzschaltung für eine solche Kontaktanordnung wird auf Figur 5 der Zeichnung verwiesen, worin gestrichelt die Unruh (soweit sie hier hinsichtlich der elektrischen Bauelemente in teressiert) dargestellt ist. Ist das Unruhrad als Bewegungsteil mit einer Spule versehen und ist an beide Spulenanschlüsse eine

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Diode angeschaltet, um ein Verschmoren der Kontaktpunkte auszuschalten, welches auf einer Funkenbildung am Kontakt beruht, so müsste die Unruh eine Diode tragen. Dadurch wird die Stabilität des Trägheitsmomentes erheblich beeinflusst, so dass eine solche Massnahme grundsätzlich nicht möglich ist. Soll j ein Schutzelement in Gestalt eines Kondensators vorgesehen wer- · den, so bereitet dies deshalb besondere Schwierigkeiten, weil ! das Unruhrad nur mit einem elektrischen Anschluss versehen ist, der über eine feine Haarfeder (Spiralfeder) an Masse geführt ist. Es ist aber kaum möglich, unter wirtschaftlich vernünftigen Voraussetzungen den Kondensator zwischen einen Anschluss der beweglichen Unruh und eine ortsfest angeordnete Kontaktfeder einzuschalten.

Neben der Schwierigkeit der Unterbringung einer Funkenlöschschaltung, dem nachteilig grossen Aussendurchmesser des den Elektromagneten tragenden Unruhrades und den dadurch bedingten erhöhten Luftwiderstand sind je nach praktischer Ausbildung solcher Uhren mehr oder weniger grosse Energieverluste durch die Betätigung der vorgesehenen Kontakteinrichtungen und mehr oder weniger grosse Verluste hinsichtlich der Ausnutzung des erzeugten magnetischen Flusses vorhanden; die elektrischen Uhren werden durch äussere Magnetfelder, wie dem Erdmagnetismus, umsomehr beeinflusst, je weniger der magnetische Kreis geschlossen ist.

Demgegenüber soll mit der vorliegenden Erfindung eine elektrische Uhr der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt werden, bei der sich Funkenlöschschaltungen ohne die vorgenann ten Schwierigkeiten vorsehen lassen und bei der Energieverlust und Raumbedarf klein gehalten werden kann.

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! Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Elektiro-

\ magnet ortsfest und eine Dauermagnetanordnung an der Unruh vor-

; gesehen ist, die einen Kontaktpol aufweist, der mit einem zwei-

^! ten, ortsfest gehaltenen Kontaktpol zusammenarbeitet.

Durch die ortsfeste Anordnung des Elektromagneten der Antriebs-j einrichtung lässt sich auch die Funkenlöschschaltung ortsfest vorsehen. Die Anordnung der Dauermagneteinrichtung an dem Unruhrad führt zu dessen Ausbildung mit geringerem Durchmesser, wodurch ein kleinerer Platzbedarf und geringere Energieverluste erreicht werden.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung weist die Unruh zwei koaxial zueinander angeordnete, beabstandete Scheiben auf, zwischen denen wenigstens ein Paar einander fluchtend zugewandter Dauermagnete angeordnet ist, zwischen denen sich der ortsfeste Elektromagnet befindet.

Vorzuosweise wird der an der Unruh vorgesehene Kontaktpol über lie Spiralfeder der Unruh mit dem einen Pol einer elektrischen Energiequelle verbunden. Vorteilhaft ist der ortsfeste Kontaktpol über eine Federeinrichtung mit der Grundplatte der Uhr verbunden. Die Federeinrichtung kann dabei aus einer sich parallel zu der Drehebene der Unruh erstreckenden Blattfeder bestehen. Insbesondere ist es dabei aus Raumgründen vorteilhaft, den über die Federeinrichtung an der ortsfesten Grundplatte der Uhr be festigten Kontaktpol in die Schwenkbahn des an der Unruh befestigten Kontaktpoles in den Raum zwischen die beiden Scheiben der Unruh hineinragen zu lassen.

Als Bauelemente für Funkenlöscheinrichtungen kommen insbesondere Kondensatoren, Dioden und andere Halbleiter-Bauelemente in

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Betracht. Dabei wird ein Kondensator vorzugsweise parallel zu den Kontaktpolen geschaltet, während eine Diode zweckmässig in Parallelschaltung zu dem Elektromagneten angeordnet wird. Bei Verwendung eines Transistors wird der Kontakt zweckmässig in dessen Steuerschaltkreis (z.B. Basis) eingeschaltet, während der Elektromagnet dabei an den Leistungsausgang (z.B. Kollektor) des Transistors angeschlossen wird. Auf diese Weise ist die Belastung des Kontaktes sehr gering zu halten.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung werden drei Magnetpaare vorgesehen, wodurch sich die Antriebsweise der Unruh vereinfacht. Insbesondere wird dabei der Bereich, den das mittlere Magnetpaar einnimmt, etwa doppelt so gross gewählt wie der Bereich, den ein benachbartes Magnetpaar beansprucht. Aufgrund der sich dadurch ergebenden Führung des magnetischen Flusses kann das Unruhrad selbst bei gleichen magnetischen Feld stärken mit entsprechend geringem Gewicht hergestellt werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher erläutert.
Es zeigen:

Figur 1 einen grafischen Vergleich einer Unruh, die

einmal mit einer Dauermagnetanordnung und zum anderen mit einem Elektromagneten verse- * hen ist;

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Uhr

bei der der Elektromagnet an der Unruh angeordnet ist;

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer kontaktgesteuer ten elektrischen Uhr, bei der an der Unruh ge-

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Figur 4

Figur 5

Figuren 6 bis 8

Figuren 9 und 10

Figur 11

mäss der Erfindung eine Dauermagneteinrichtung angeordnet ist;

einen Prinzipschaltplan des Ausführungsbeispieles nach Figur 3;

einen Prinzipschaltplan des Ausführungsbeispieles nach Figur 2;

Schaltungsbeispiele für erfindungsgemäss aus gerüstete Ausführungsbeispiele;

den magnetischen Fluss verdeutlichende Prinzipskizzen einer mit mehreren Dauermagnetpaaren ausgerüsteten Unruh;

eine weitere Ausführungsform des mechanischen Kontaktes.

Die Nachteile der bekannten Ausbildung des in Rede stehenden Uhrentyps werden anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert, wobei Figur 2 den prinzipiellen Aufbau einer solchen Uhr erkennen lässt: An dem Unruhrad 1 befindet sich eine Elektromagnetspule 2, während ein weiterer Magnet 3 - in der Regel ein Dauermagnet - an einer gegenüber der Unruh ortsfesten Unterlage, beispielsweise der Grundplatte, der in bekannter Weise kontaktgesteuerten elektrischen Uhr befestigt ist. Wie bereits eingangs im Zusammenhang mit der Erörterung des Standes der Technik er läutert, ist es bei einer solchen Ausbildung der Uhr sehr schwie rig bzw. kaum möglich, unter wirtschaftlich bzw. technisch &n-Voraussetzungen @isi© wirksam© Funkenlöschung

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Weitere Nachteile werden anhand des in Figur 1 wiedergegebenen Vergleiches deutlich. Dort ist der Nachteil hinsichtlich der Grosse des Unruhrades einer elektrischen Uhr erkennbar, bei der die Spule an dem Unruhrad angeordnet ist. Mit 4 und 5 sind Dauermagneten versinnbildlicht, während 6 die Anordnung der Elektromagnetspule andeutet. Unter der Voraussetzung gleich grosser Antriebsenergie, d.h. unter der Voraussetzung desselben Trägheitsmomentes, verdeutlicht 7 den Platzbedarf der Unruh, falls die Elektromagnetspule an dem Unruhrad befestigt ist, während 8 den Aussendurchmesser des Unruhrades für den Fall angibt, dass die Dauermagnetanordnung an dem Unruhrad vorgesehen ist. Wie klar ersichtlich, ist der Aussendurchmesser des Unruhrades im Falle der Anordnung der Elektromagnetspule an der Unruh wesentlich grosser, was sich hinsichtlich des Luftwiderstandes bzw. der dadurch entstehenden Strömungsverluste nachteilig auswirkt. Darüberhinaus zwingt die durch eine solche Anordnung der Spule an der Unruh gegebene Baugrösse zu entsprechend grösserer Abmessung der gesamten Uhr.

Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss ausgerüsteten Uhr zeigt eine Unruh aus zwei Unruhscheiben 9 und 10 aus magnetisch leitendem Werkstoff sowie zwei Magnetpaare 11 und 12, also insgesamt vier Dauermagnete, die in entsprechend fluchtender Zuordnung an den einander zugewandten Breitseiten der Unruhscheiben derart angeordnet sind, dass sie hinsichtlich des magnetischen Flusses mit einer in dem Luftspalt zwischen den einander zugewandten Polflächen der Magnete 11 und 12 eingreifenden Elektromagnetspule 13 korrespondieren (vgl. Figur 1).

An der oberen Unruhscheibe 9 ist ein Kontaktpol 14 befestigte Mit 15 ist ein© Kontaktfeder bezeichnet _s die derart angeordnet ist g daaa der ihrem freien Ende zugeordnete Kontaktpunkt den

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*·ρ! -Ing Heim lesser, Palentanwalt D -■ 8 Mun.-l-fi· S¹. Cosin.asttaf·« 81 Telefon (0811)483820

an der Unruhscheibe 9 befestigten Kontaktpunkt 14 während einer Hin- und Herbewegung der Unruh einmal berührt. Die Kontaktfeder 15 ist von der Unterlage - der Grundplatte der Uhr isoliert und an dieser befestigt. Ein der Kontaktfeder 15 zugeordneter elektrischer Anschluss 16 wird mit einem Anschlussende

17 der Elektromagnetspule 13 verbunden. Das andere Anschlussende

18 der Magnetspule ist an den negativen Pol einer Batterie 19 angeschlossen, deren positiver Pol geerdet (an Masse geschaltet) ist. Sobald der Kontaktpol 14 an der Kontaktfeder 15 unter Herstellung einer elektrischen Verbindung angreift, fliesst ein elektrischer Strom von dem positiven Pol der Batterie über eine mit Hilfe eines entsprechenden Bolzens geerdete Haarfeder (Spiralfeder der Unruh) und über den Kontakt 14, 15 zu der Elektromagnetspule 13 und von dieser zu dem negativen Pol der Batterie, so dass die Elektromagnetspule erregt wird. Aufgrund der magnetischen Kopplung wird auf diese Weise die Antriebsenergie auf die Dauermagnetanordnung bzw. auf die Unruh für die Aufrechterhai tung von deren oszillierender Bewegung aufgebracht.

In Figur 4 sind die vorbeschriebenen Schaltungsverhaltnisse in Form eines Schaltbildes wiedergegeben. Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen Schaltbilder, bei denen Schutzschaltungen (Funkenlöschbzw. VerstSrkerschaltungen) für den Kontakt vorgesehen sind. Dabei geben die rund ausgeführten Umrandungen aus gestrichelten Linien die Schaltungsteile an, die an der Unruh angeordnet sind Mit 14 ist der Kontaktpol an der Unruh und mit 15 die zugehörige Kontaktfeder des AusfUhrungsbeispieles nach Figur 3 bezeichnet. Wie aus den vorstehenden Zeichnungen ersichtlich, kann erfindungsgemäss die Schutzschaltung derart vorgesehen werden, dass lediglich ein Anschluss von der Unruh über deren Spiralfedei an Erde gelegt wird.

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Bei kontaktgesteuerten Uhren tritt ein relativ hoher Energieverlust aufgrund der durch die Betätigung des mechanischen Kontaktes verursachten Bremsung ein. Entsprechend sollte eine solche Uhr mit relativ hoher Antriebsleistung versehen werden. Die magnetischen Kraftlinien verlaufen erfindungsgemäss ausschliesslich im Bereich der Unruh; der Aussendurchmesser der Unruh kann klein gehalten sein, deren Schwingungszahl ist hoch, so dass die Uhr von äusseren magnetischen Einflüssen frei ist. Weiterhin ist die Dicke der Uhr niedrig gehalten, da der mechanische Kontakt zwischen zwei parallelen Scheiben, die die Unruh bilden, angeordnet ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Uhr besteht darin dass ihre Antriebsvorrichtung in eine mechanisch kontaktlose Antriebsvorrichtung umgewandelt werden kann - wie eine Antriebs vorrichtung, welche einen Transistor aufweist -, ohne dass die Unruh geändert wird. Bei der bekannten elektrischen Uhr, bei der die Antriebsspule an der Unruh befestigt ist, ist es nicht einfach, auf eine kontaktlose Arbeitsweise überzugehen, da zwei Anschlüsse der Antriebsspule benötigt werden, um den Antriebsstrom durch die Antriebsspule zu führen. Ferner werden zwei Spiralfedern benötigt, um die Verbindung zu diesen beiden Anschlüssen herzustellen. Eine mit zwei Spiralfedern versehene Uhr benötigt aber eine entsprechend grosse Bauhöhe. Die elektrische Uhr gemäss der Erfindung kann leicht sowohl als billiges als auch als teueres Modell hergestellt werden. Mit dem gleichen Grundaufbau sind höhere und niedrigere Typen der Uhr herstellbar.

Ausführungsbeispiele der Schutzschaltung für den Kontakt werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. In Figur 6 ist eine Diode 20 mit beiden Enden der Spule verbunden; ein

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überstrom, der bei öffnen des Kontaktes auftritt, fliesst in j

Richtung des mit der strichpunktierten Linie versehenen Pfeiles durch die Diode. Damit wird die Funkenbildung an dem Kontakt reduziert und der Abbrand des Kontaktes somit verhindert, j Die Diode ist sehr raumsparend aufgebaut, so dass sie auch ' für besonders kompakt gebaute Armbanduhren geeignet ist. j

In Figur 7 ist ein Kondensator 21 zwischen den Kontaktstift 14 und die Kontaktfeder 15 eingeschaltet. Damit ist der Kontakt i auf einfache und billige Weise geschützt. Aufgrund der Erdung j des Kontaktpoles 14 über die Spiralfeder kann der Kondensator 21 auf einfache Weise zwischen Erde und den Anschluss 16 der ^! Kontaktfeder 15 eingeschaltet werden.

In Figur 8 ist der Basisanschluss eines als Verstärker dienen- ί den Transistors mit dem Kontakt verbunden. Wenn der Kontakt geschlossen wird, fliesst ein Basisstrom und demzufolge ein Antriebsstrom durch die in den Kollektorkreis eingeschaltete Elektromagnetspule. Da der Basisstrom niedrig ist, wird der Kontakt nur gering belastet und damit nur sehr wenig abgenützt. Auch bei etwas erhöhtem Kontaktwiderstand ist noch eine, genügend grosse Aussteuerung des Transistors zum Antrieb der Unruh gewährleistet.

Ist die elektrische Uhr mit einer an der Unruh befestigten Dauermagnet anordnung , und zwar mit zwei Paaren von Magneten ausgerüstet, wird die Antriebsspule von dem Antriebsstrom nur in einer Richtung durchflossen, und die Unruh wird nur in einer Drehrichtung angetrieben. Werden dagegen drei Magnetpaare vorgesehen, so kann die Unruh in beiden Drehrichtungen der Hin- und Herbewegung angetrieben werden. Wie die Draufsicht nach Figur 9 und die Seitenansicht nach Figur 10 zeigen, ist jeweils ein Magnet der Magnetpaare 22, 23 und 24 an der oberen und einer

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I an der unteren Seite der Unruh befestigt'. Es sind demnach j sechs Magnete vorhanden. Der Kreis der magnetischen Krafti linien ist - wie mit Hilfe der mit Pfeilen versehen gestrichelten Linien in Figur 10 verdeutlicht - im Bereich der Un-' ruh geschlossen. Wählt man den Bereich des in der Mitte an- ! geordneten Magnetpaares 22 etwa doppelt so gross wie die j Bereiche der beiden seitlichen Magnetpaare, so bildet sich , vorteilhaft auf kurzem Weg der geschlossene Magnetkreis aus, : weshalb die Unruh bzw. die Unruhscheiben bei vergleichbar ; wirksamer magnetischer Flussdichte mit besonders geringem Gewicht ausgebildet werden können. Die Magnetpaare werden übrigens in der Regel aus Dauermagneten bestehen, doch kann man auch magnetische Materialien verwenden, die lediglich den I durch die Elektromagnetspule erzeugten magnetischen Fluss entsprechend gut aufnehmen.

ι Vorstehend wurde die Erfindung hinsichtlich des Stromlaufes dahingehend beschrieben, dass ein Stromweg von einem an der Unj ruh befestigten Kontaktpol über eine Haarfeder (Spiralfeder) I [ gegen Erde geführt ist. In Figur 11 ist eine andere Ausführungs-I form dargestellt, bei der ein an der Unruh vorgesehener Kontaktbetätigungsstift 26 lediglich als Einrichtung zur örtlichen Veri setzung einer Kontaktfeder 28 dient, nicht jedoch selber einen , elektrischen Kontaktpol bildet. Die elektrische Verbindung wird vielmehr derart gebildet, dass die elektrische Kontaktfeder 28 In ihrer versetzten Lage 29 an einem als Kontaktpol ausgebildeten Kontaktstift 27 angreift, der auf einer Grundplatte 3O befestigt ist. Da die Kontaktfeder 28 und der Kontaktstift 27 auf der Grundplatte 30 angeordnet sind, muss die Unruh nicht ausgewechselt werden, wenn der Kontakt sich abgenutzt hat und nur noch eine schlechte elektrische Verbindung zustande kommt. Es reicht aus, den auf der Grundplatte 3O befestigten Kontakt auszuwechseln, was sich sehr vorteilhaft auf den Kundendienst

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Claims (1)

1. O Ητ/. i-,-ε: Cc-iK'-.-i^rj'-j 8'· Vtefon (0811)48 3820

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   PATENTANSP RUCH E

   Elektrische Uhr mit einer Unruh und einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung, die einen Elektromagneten und
   einen dessen Arbeitsstrom steuernden, mechanischen Kontakt aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass der Elektromagnet (13) qegenüber der Unruh (9, 10)
   ortsfest angeordnet.und eine Magnetanordnung (11, 12; 22
   bis 24) an der Unruh vorgesehen ist, die einen Kontaktpol (14) aufweist, der mit einem zweiten, gegenüber der Unruh ortsfest gehaltenen Kontaktpol· (15) zusammenarbeitet.

   nhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzoic.hnet , dass die Unruh zwei koaxial zueinander angeordnete, beabstandete Scheiben (9, 10) aufweist, zwischen denen wenigstens ein Paar einander fluchtend zugewandter Magnete ( 11 , ] 2) angeordnet ist, zwischen denen
   sich der ortsfeste Elektromagnet (13) befindet.

   3. Uhr nach einen oder beiden der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass der
   an der Unruh (9, 10) vorgesehene Kontaktpol (14) über die Spiralfeder der Unruh an den einen Pol einer elektrischen Energiequelle (19) angeschlossen ist.

   4. Uhr nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet , dass der ortsfeste Kontaktpol über eine Federeinrichtung (15) an
   der ortsfesten Grundplatte der Uhr befestigt ist.

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   Dipi Ing. Heinz Lesser, Patentanwalt D — 8 München 81, CosimasUafie 81 Telefon: (08Π) 483820

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   5. Uhr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die Federeinrichtung eine sich parallel zu der Drehebene der Unruh (9, 10) erstreckende Blattfeder (15) ist.

   6. Uhr nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der ortsfest gehaltene Kontaktpol (15) in die Schwenkbahn des an der Unruh (9, 10) befestigten Kontaktpols (14) in den Raum zwischen die beiden Scheiben der Unruh hineinragt.

   7. Uhr nach einem oder mehrerender vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Funkenlöscheinrichtung (20; 21) für den mechanischen Kontakt (14, 15; 27, 28) ortsfest angeordnet ist.

   8. Uhr nach Anspruch 7

   dadurch gekenn

   zeichnet t dass die Funkenlöscheinrichtung eine Diode (20) aufweist.

   9. Uhr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Diode (20) dem Elektromagneten (13) parallel geschaltet ist.

   10. Uhr nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenlöscheinrichtung einen Kondensator (21) aufweist.

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   ί DipU-lng. Heinz Lesser, κ -.',entonwal! D - 8 MGmJ.-. 8 Cosnnastrofee 81 Telefon (0811) 483820

   j - 13 -

   11. Uhr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass der Kondensator (21) den Kontaktpolen (14, 15; 27, 28) parallel geschaltet 1st.

   12. Uhr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass ein Transistor vorgesehen ist, in dessen Basis-Schaltkreis der mechanische Kontakt (14, 15; 27, 28) und in dessen Kollektor-Schaltkreis der Elektromagnet.(13) eingeschaltet ist.

   13. Uhr nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass drei Magnetpaare (22, 23, 24) vorgesehen sind, wobei jedes Paar parallel zur Unruhachse fluchtend einander zugewandt angeordnet ist.

   14. Uhr nach Anspruch 13, dadurch gekennzelc net , dass der von dem mittleren Magnetpaar (22) eingenommene Bereich etwa doppelt so gross ist wie die Bereiche der beiden anderen Magnetpaare (23, 24).

   15. Uhr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 und 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet , dass der Kontakt aus einer durch einen an der Unruh (9, 10) vorgesehenen Anschlag (26) betätigten Kontaktfeder (28) und einem Kontaktstift (27) besteht.

   16. Uhr nach Anspruch 15, dadurch gekennzeicl· net , dass die Kontaktfeder (28) und der Kontaktstift (27) auf einer gemeinsamen, auswechselbar an der Uhr befestigten Grundplatte (30) angeordnet sind.

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