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Druckmittelbetriebener Uhrwerksaufzug Die Erfindung bezieht sich auf
einen druckmittelbetriebenen Uhrwerksaufzug mit einem Anschluß für eine Druckmittelquelle,
einem an einer Seite offenen Zylinder, einem durch das offene Ende des Zylinders
mit der Uhrwerksfeder verbundenen Kolben, einem durch die ablaufende Uhrwerksfeder
schlagartig zu öffnenden Ventil zwischen dem Anschluß für die Druckmittelquelle
und der Arbeitskammer des Zylinders und mit einem Kanal zum allmählichen Entlüften
der Arbeitskammer beim Rückhub des Kolbens.
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Bei einem bekannten Uhrwerksaufzug dieser Art ist zwischen dem Kolben
und dem Ventilkörper ein Steuerbolzen eingefügt, der über eine einen toten Gang
aufweisende Verbindung mit dem Kolben verbunden ist und gegen die Kraft einer Ventilfeder
auf den Ventilkörper einwirkt. Beim Rückhub des Kolbens nimmt dieser nach Ausgleich
des toten Gangs den Steuerbolzen mit und verschiebt ihn in Richtung auf den Ventilkörper
hin, bis zwei auf dem Steuerbolzen gleitende Federschenkel einen kegeligen Abschnitt
an diesem erreichen. Dann schnellt der Steuerbolzen auf den Ventilkörper hin und
öffnet dadurch schlagartig das Ventil. Bei dem darauffolgenden Arbeitshub des Kolbens
wird das Ventil gegen die Kraft der Ventilfeder zunächst durch die Federschenkel
offen gehalten, bis der Kolben nach dem Ausgleich des toten Ganges den Steuerbolzen
wieder mitnimmt. Dann kann die Ventilfeder das Ventil schließen.
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Diese bekannte Anordnung ist kompliziert, weil zusätzlich zu den Teilen
des Ventils und des Arbeitszylinders ein Steuerkolben mit der zugehörigen Feder
vorgesehen ist. Diese bei Uhrwerksantrieben meist sehr kleinen Teile müssen mit
großer Präzision bearbeitet werden, weshalb man im Uhrwerksbau ganz allgemein bestrebt
ist, die Zahl der Teile und der erforderlichen Bearbeitungsvorgänge möglichst klein
zu halten. Von diesem Gesichtspunkt aus ist daher die bekannte Anordnung ungünstig.
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Von noch größerem Nachteil ist bei der bekannten Anordnung die Tatsache,
daß die Betätigung des Ventils von dem Zusammenwirken zweier Federn abhängt, nämlich
der Ventilfeder und einer schenkelförmigen Feder. Dadurch ist es einerseits erforderlich,
daß die Federkräfte dieser Federn entsprechend genau aufeinander abgestimmt sind,
was die Einhaltung enger Toleranzen und eine genaue Justierung bei der Fertigung
voraussetzt. Andererseits wird dadurch die Betriebssicherheit der Anordnung vermindert.
Wenn nämlich aus irgendeinem Grund die Ventilfeder nicht mehr in der Lage ist, das
Ventil zu schließen, beispielsweise wegen Bruchs der Feder oder wegen Erlahmung
der Federkraft, bleibt der Kolben unter dem ständigen Druck des Arbeitsmittels,
und er kann gegebenenfalls aus dem Zylinder herausgetrieben werden. Der Uhrwerksaufzug
fällt dann auf jeden Fall aus. Wenn andererseits die Federschenkel der zweiten Feder
erlahmen, schließt sich das Ventil sofort nach Beginn des Arbeitshubes des Kolbens,
so daß die Uhrwerksfeder nicht oder nur wenig aufgezogen wird.
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Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Uhrwerksaufzugs der
eingangs angegebenen Art, der bei einfacherem Aufbau eine größere Betriebssicherheit
aufweist, so daß insbesondere die zuvor angegebenen Störungsmöglichkeiten entfallen.
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Nach der Erfindung wird dies durch die Verwendung einer einen toten
Gang enthaltenden Verbindung zwischen Kolben und Ventilkörper erreicht, die in der
dem Arbeitshub des Kolbens entsprechenden Schließrichtung des Ventils zwangsschlüssig
und in der Öffnungsrichtung des Ventils über eine Feder kraftschlüssig wirkt, jedoch
in einer solchen Ausbildung, daß der Kolben mit dem Ventilkörper unmittelbar verbunden
ist.
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Diese Ausbildung ergibt die Wirkung, daß das Schließen des Ventils
nicht mehr von der Wirkung einer Ventilfeder abhängt, sondern daß das Ventil
durch
den Druck des Arbeitsmittels, das auf den Kolben wirkt, zwangsschlüssig geschlossen
wird. Die Betriebssicherheit dieser Vorrichtung ist damit wesentlich erhöht. Darüber
hinaus ist die Herstellung wesentlich vereinfacht, weil der zusätzliche Steuerkolben
mit der zugehörigen Feder entfällt und es nicht erforderlich ist, in dem Zylinder
Lagerteile für einen solchen Steuerkolben vorzusehen.
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Es ist hervorzuheben, daß die Betätigung des Ventils beim Erfindungsgegenstand
unabhängig von der Federkraft der in der Öffnungsrichtung wirkenden Feder ist. Selbst
bei Bruch oder völliger Erlahmung dieser Feder arbeitet die Vorrichtung noch einwandfrei,
weil dann das Ventil auch in der öffnungsrichtung zwangsschlüssig betätigt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht eines pneumatisch angetriebenen Uhrwerks
nach der Erfindung bei abgenommener vorderer Tragplatte und abgenommener vorderer
Gehäuseschale, teilweise im Schnitt, F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht
des Uhrwerks von F i g. 1, Fi g. 3 eine Ansicht des Uhrwerks in Richtung der Pfeile
3-3 in F i g. 1, F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in F i g. 2 und F
i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig.1.
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Das in der Zeichnung dargestellte pneumatisch angetriebene Uhrwerk
10 ist zum Antreiben eines Diagrammblatts bestimmt.
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Die Teile des Uhrwerks 10 werden von einem Rahmen
12 getragen, der aus einer vorderen Tragplatte 14 und einer hinteren Tragplatte
16 besteht, die durch Distanzstifte 18 im Abstand voneinander parallel gehalten
sind. Diese Teile werden durch Muttern 20 zusammengehalten, die auf Gewindeabschnitte
19 (F i g. 3) der Distanzstifte aufgeschraubt sind.
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Eine in den beiden Tragplatten 14 und 16 gelagerte Abtriebswelle
22 trägt an dem über die vordere Tragplatte 14 vorstehenden Abschnitt ein Zahnrad
24, das zum Antrieb des nicht dargestellten Diagrammblattträgers dient. Die Abtriebswelle
22 wird von einem Zahnrad 26 über eine als Freilauf wirkende Federbandkupplung
28 angetrieben.
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Mit dem Zahnrad 26 kämmt ein Ritzel 30, das auf einer in den Tragplatten
14 und 16 gelagerten Welle 32 befestigt ist. Diese Welle trägt außerdem
ein großes Zahnrad 34, das mit einem an einer Antriebswelle 38 drehfest angebrachten
Ritzel 36 kämmt.
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Zum Regeln der Drehzahl der Welle 38 und damit der Drehzahl der Abtriebswelle
22 ist ein an der Welle 38 befestigtes Zahnrad 44 mit einer üblichen
Uhrwerkshemmung 46 über ein Getriebe 48 gekoppelt. Zu diesem Getriebe
gehören ein mit dem Zahnrad 44 kämmendes Ritzel 50 und ein Ritzel 52, das auf der
Welle 56 eines Ankerrads 54 sitzt. Der mit dem Ankerrad 54 zusammenwirkende
Anker 58 ist schwenkbar auf einer Welle 60 gelagert. Der Anker 58
wird in bekannter Weise von einer Unruh 62 gesteuert, deren Geschwindigkeit in bekannter
Weise durch einen mit der Unruhfeder 66 zusammenwirkenden Rücker 64 einstellbar
ist.
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Die Antriebsenergie für die Antriebswelle 38 wird von einem pneumatischen
Antriebsmechanismus 74 geliefert, der als wesentlichen Bestandteil einen Druckgasmotor
76 enthält. Dieser Motor besteht aus einem Zylinder 78, in dessen am einen Ende
offener Bohrung 80 ein Kolben 82 gleitbar gelagert ist. Zwischen den
aufeinander gleitenden Flächen des Kolbens und der Zylinderbohrung ist keine Dichtung
vorgesehen. Dadurch besteht zwischen diesen beiden Teilen ein kleines Spiel, das
ein langsames Ausströmen des Druckmittels aus der zwischen der Stirnseite des Kolbens
82 und dem Zylinder 78 gebildeten Druckkammer 84 ermöglicht.
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An dem der Stirnseite gegenüberliegenden Ende ist der Kolben 82 mit
einem Ansatz 86 von verringertem Durchmesser versehen, der aus der Zylinderbohrung
80 nach außen hervorsteht. Der Endabschnitt des Zylinders 78 ist gleichfalls
mit einem Ansatz 92 von verringertem Durchmesser versehen, der sich über
eine Schulter 94 an die Außenwand 96 des Zylinders anschließt. Über
den Ansatz 86 des Kolbens und den Ansatz 92 des Zylinders ist eine
Dichtungskappe 88 gesteckt, die aus einem auf den Ansatz 92 aufgesteckten axialen
Abschnitt 90, einem auf den Ansatz 86 aufgesteckten axialen Abschnitt
98
und einem diese beiden Abschnitte verbindenden kegelstumpfförmigen Abschnitt
100 mit sich daran anschließendem radialem Abschnitt 102 besteht.
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Die Dichtungskappe 88 bewirkt somit eine Abdichtung zwischen
dem Kolben und dem Zylinder nach außen, wobei sie gleichzeitig die Gleitbewegung
des Kolbens 82 in der Zylinderbohrung 80 ermöglicht. Dabei besteht zwischen der
Dichtungskappe 88,
dem Kolben 82 und dem Zylinder 78 eine Kammer
106, in die das aus der Druckkammer 84 entweichende Druckmittel eintritt.
An die Kappe 88 ist ein Anschlußstutzen 108 für einen Austrittskanal
110
angeformt, über den das Druckmittel aus der Kammer 106 nach außen
abgeführt werden kann. Der Anschlußstutzen 108 kann zu diesem Zweck mit einer
Rohrleitung 112 (F i g. 1) verbunden sein.
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Durch diese Konstruktion wird gewährleistet, daß das aus der Druckkammer
austretende Druckmittel nicht in das Innere des Uhrwerks gelangt, wo es gegebenenfalls
korrodierend wirken könnte. Außerdem kann auf diese Weise das Druckmittel in einem
geschlossenen Kreislauf geführt werden.
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Die Befestigung des Druckgasmotors 76 zwischen den Tragplatten
14 und 16 erfolgt durch Laschen 114, 116 und 124, 126, die aus den
Tragplatten 16 bzw. 14 nach innen abgebogen sind. Die Laschen 114
und 124 greifen in der Nähe der Stirnfläche 120
in eine ringförmige
Nut 118 des Zylinders 78 ein, während die Laschen 116 und
126 in die zwischen der Schulter 94 und der Dichtungskappe 88 gebildete
Rinne 122 eingreifen.
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Mit dem Kolben 82 ist eine Kolbenstange 128 verbunden,
die sich im wesentlichen parallel zu den Tragplatten 14 und 16 erstreckt. Diese
Kolbenstange besteht aus einem Hauptteil 130 von rechteckigem Querschnitt
und zwei Endabschnitten 132 und 134
von zylindrischem Querschnitt.
Der zylindrische Endabschnitt 132 ist im Preßsitz in einer axialen Bohrung
136 des Kolbens 82 befestigt, so daß der rechteckige Hauptteil 130 an der
hinteren Stirnseite 138 des Kolbenansatzes 86 anliegt. Der am anderen
Ende angebrachte zylindrische Endabschnitt 134 ist in der Bohrung einer Führungsbuchse
142 gleitbar gelagert. Diese Buchse sitzt in der Öffnung 146 einer
aus der hinteren Tragplatte 16 rechtwinklig abgebogenen
Lasche
148. Die Führungsbuchse 142 besteht aus einem in die öffnung 146 eingesetzten
Abschnitt 140 und einem an der dem Kolben zugewandten Seite der Lasche
148 anliegenden Flansch 144.
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Auf dem Flansch 144 ist das eine Ende einer Schraubenfeder
150 abgestützt, welche die Kolbenstange 128 umgibt und deren anderes
Ende gegen einen aus einem zylindrischen Teil 152 und einem Flansch 156 bestehenden
Federteller 154 abgestützt ist, der mittels einer Madenschraube 158 auf dem
Hauptteil 130 der Kolbenstange 128 befestigt ist.
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In dem Kopf des Zylinders 78 ist von der Druckkammer 84 her
eine zylindrische Ausnehmung 164
gebildet, an die sich eine gleichachsige
zylindrische Ausnehmung 184 von kleinerem Durchmesser anschließt, die schließlich
in eine Blindbohrung 200 von noch kleinerem Durchmesser übergeht. In der Ausnehmung
164 wird ein Ventilsitzhaltering 166
durch einen Schlitzring
168 gehalten. Der Ventilsitzhaltering 166 enthält eine Mittelöffnung
170 und einen nach innen ragenden Ringflansch 172, der am Boden der
Ausnehmung 164 anliegt. Um die Außenseite des Ringflansches 172 ist ein O-Ring
174 gelegt, der zwischen dem Ringflansch 172, der zugewandten Stirnseite
176 des Halteringes 166 und den Wänden der Ausnehmung 164 leicht
zusammengepreßt ist und dadurch eine druckmitteldichte Abdichtung zwischen dem Haltering
166 und dem Zylinder 78 bewirkt.
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In die an der Innenseite des Ringflansches 172 gebildete Ringnut
178 ist ein weiterer O-Ring 180 eingesetzt, der als Ventilsitz für
einen in der Blindbohrung 200 gleitbar gelagerten Ventilkörper
182
dient.
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In radialer Richtung ist in den Zylinder 78 ein Eintrittskanal
188 gebohrt, der in die Ausnehmung 184 und zum Teil in die Blindbohrung
200 mündet. In den Kanal 188 ist ein Schlauchanschlußstück 190 eingesetzt.
Zwischen einem ringförmigen Flansch 196 und einer Ausnehmung 192 am
äußeren Ende des Kanals 188 ist ein Dichtungsring 194 eingesetzt.
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Der Ventilkörper 182 besteht aus einem Schaft 206
und
einem zylindrischen Ventilkolben 204 größeren Durchmessers, die durch ein
kegelförmiges übergangsstück 212 miteinander verbunden sind. Der Ventilkolben
204 sitzt mit solchem Spiel in der Blindbohrung 200, daß hinter der
Stirnfläche 202 des Ventilkolbens kein Druckmittel in der Blindbohrung
200 eingeschlossen werden und dadurch die Bewegung des Ventilkolbens behindern
könnte.
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Am entgegengesetzten Ende trägt der Schaft 206
einen Führungsflansch
208, an den sich ein zylindrischer Ansatz 210 anschließt. Der Führungsflansch
208 ist gleitbar in einer Blindbohrung 214 des Kolbens 82 gelagert.
Seine Auswärtsbewegung aus dieser Bohrung wird durch einen Haltering 216
begrenzt, der in eine Ringnut in der Nähe des offenen Endes der Blindbohrung
214 angeordnet ist. Zwischen dem Führungsflansch 208 und dem Boden
220 der Blindbohrung 214 ist eine Feder 218 eingesetzt, die
den Führungsflansch 208 nach außen gegen den Haltering 216 drückt. Das Ende
des Ansatzes 210 dient als Anschlag, der die Einwärtsbewegung des Führungsflansches
208 durch Berührung mit dem Boden 220 der Blindbohrung 214
begrenzt. Der Durchmesser des Ventilkolbens 204 ist größer als der Innendurchmesser
des O-Ringes 180, und der Durchmesser des Schaftes 206 ist kleiner als dieser
Innendurchmesser. Dadurch bildet der O-Ring 180 zusammen mit dem kegeligen Verbindungsstück
212 ein Ventil, das geschlossen ist, wenn das kegelige Verbindungsstück
212 auf dem O-Ring 180 aufsitzt, während das Ventil geöffnet ist,
wenn der Kolben 204 weiter in die Blindbohrung 200 hineinbewegt ist,
so daß Druckmittel vom Anschlußstück 190 über den Kanal 188 in die
Druckkammer 84 strömen kann.
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Der Durchmesser der Mittelöffnung 170 des Halteringes 166 ist
etwas größer als der Durchmesser des Ventilkörpers 204. Dadurch ist es möglich,
beim Zusammenbau bzw. Zerlegen des Mechanismus den Ventilkolben 204 durch
den vom O-Ring 180 gebildeten Ventilsitz hindurchzubewegen, ohne daß der
Haltering 166 ausgebaut werden muß. Der O-Ring 180 gibt dabei infolge
seiner Elastizität so weit nach, daß diese Bewegung möglich ist.
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Wie insbesondere in F i g. 5 erkennbar ist, ist auf der Welle 38 ein
Freilauf 226 angeordnet, dessen angetriebenes Glied 228 drehfest mit der
Welle 38 verbunden ist, während das Antriebsglied 230 frei drehbar
auf der Welle 38 sitzt. Am Antriebsglied 230 ist ein Antriebshebel
232 befestigt. Das freie Ende dieses Antriebshebels liegt der einen Fläche
des rechteckigen Hauptteils 130 der Kolbenstange 128 parallel gegenüber. In eine
Bohrung 242 der Kolbenstange 128 ist ein Stift 240 eingesetzt,
der durch einen Schlitz 244 im Antriebshebel 232 ragt. Ein auf das
Ende des Stiftes 240 aufgesetzter Haltering 246 hält den Antriebshebel
232 am Stift 240 fest. Diese Verbindung gewährleistet, daß eine Hin- und Herbewegung
der Kolbenstange 128 eine entsprechende Schwenkbewegung des Antriebshebels
232 zur Folge hat, die über-den Freilauf 226 auf die Welle
38 übertragen wird. Die Rechteckform des Hauptteils 130
der Kolbenstange
verhindert im Zusammenwirken mit der anliegenden Fläche des Antriebshebels
232
ein Verdrehen der Kolbenstange und des damit verbundenen Kolbens.
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Der Freilauf 226 ist so eingebaut, daß bei einer Drehung des
Antriebshebels 232 entgegen dem Uhrzeigersinn (in F i g. 1 gesehen) ein Drehmoment
auf die Antriebswelle 38 übertragen wird, während diese Verbindung bei einer entgegengesetzten
Drehung des Antriebshebels 232 gelöst ist. Dies bedeutet, daß bei einer langsamen
Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 128 unter der gespeicherten Kraft der Feder
150 ein Drehmoment auf die Antriebswelle 38 ausgeübt wird, während eine schnelle
Abwärtsbewegung der Kolbenstange unter dem Einfluß des Druckmittels keinen Einfluß
auf die Antriebswelle 38 ausübt.
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Wie insbesondere aus F i g. 2 zu erkennen ist, ist das ganze Uhrwerk
10 in ein Gehäuse 250 eingesetzt, das aus zwei flachen Gehäuseschalen
252 und 254
besteht, die unter Einfügung eines ringförmigen Dichtungsringes
260 zusammengefügt sind und durch Muttern 264, die auf die Distanzstifte
18 aufgeschraubt sind, zusammengehalten werden.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet in folgender Weise: Im Betrieb
ist das Zahnrad 24 der Abtriebswelle 22 mit dem anzutreibenden Glied,
beispielsweise einem Diagrammträger, verbunden. Das Schlauchanschlußstück
190 ist über ein Verbindungsstück 198
(F i g. 1) an eine Druckmittelleitung
266 angeschlossen, die beispielsweise Druckluft mit einem Druck von etwa 1,4 at
führt. Auf diese Weise tritt Druck-
Luft in den Eintrittskanal
188 ein. Wenn der Ventilkolben 204 von dem O-Ring 180 abgehoben ist, gelangt
diese Druckluft in die Druckkammer 84. Dadurch wird der Kolben 82 nach außen
bewegt. Die Kolbenstange 128 bewegt sich dadurch (in F i g. 1) nach unten, so daß
die Feder 150 von dem Federteller 154 zusammengedrückt wird. Der Antriebshebel
132 wird im Uhrzeigersinn verschwenkt, ohne daß diese Bewegung auf die Antriebswelle
38 übertragen wird.
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Während der Auswärtsbewegung des Kolbens 82
nimmt der Haltering
216 den Führungsflansch 208 mit, wodurch der Ventilkolben 204 zum O-Ring
180
hinbewegt wird. Sobald das kegelförmige Verbindungsstück 212 am
O-Ring anliegt, ist das Ventil geschlossen, so daß die Druckluftzufuhr zur Druckkammer
84 unterbrochen ist. Der ganze Vorgang spielt sich mit großer Geschwindigkeit
ab, so daß der Kolben schlagartig nach außen bewegt wird. Die Feder 150 wird
somit in sehr kurzer Zeit gespannt.
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Sobald das Ventil 180, 204 geschlossen ist, beginnt der Druck
in der Druckkammer 84 durch das Spiel zwischen dem Kolben 82 und der Zylinderbohrung
80 nach außen in die Dichtungskappe 88
und von dort über den Stutzen
108 zur Rohrleitung 112 zu entweichen. Die Feder 150 kann daher
unmittelbar nach dem Schließen des Ventils die Kolbenstange 128 wieder nach
oben bewegen. Diese Bewegung erfolgt verhältnismäßig langsam, weil nun eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Antriebshebel 232 und der Antriebswelle 38 besteht, deren
Drehzahl durch die Hemmung bestimmt ist. Das dabei von der Feder 150 auf
die Antriebswelle 38 ausgeübte Drehmoment wird zur Abtriebswelle 22 übertragen,
wo es zum Antrieb des Diagrammträgers zur Verfügung steht.
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Durch die Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 128 wird der Kolben
82 wieder langsam in die Druckkammer 84 hineinbewegt. Dabei bleibt
der Ventilkolben 204 in der geschlossenen Stellung, da er von dem im Eintrittskanal
188 und der Blindbohrung 200 herrschenden Druck des Druckmittels gegen
die Kraft der Feder 218 auf den O-Ring 180 gepreßt wird. Das Ventil wird erst geöffnet,
wenn die Kraft der gespannten Feder 218 so groß wird, daß sie die vom Druckmittel
ausgeübte Gegenkraft überwinden kann, oder wenn der Boden 220 der Bohrung
214 im Kolben gegen die Stirnfläche des Ansatzes 210 am Ventilkörper
182 stößt. Dadurch wird der Ventilkolben 204 wieder vom O-Ring
180 abgehoben, so daß erneut Druckluft in die Druckkammer 84 einströmen
und den Kolben 82 schlagartig nach außen bewegen kann. Diese Vorgänge wiederholen
sich regelmäßig in bestimmten Zeitabständen, die durch die Hemmung 46 des Uhrwerks
bestimmt werden.
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Während der kurzen Zeit, in der die Feder 150 gespannt wird, kann
sie kein Drehmoment auf die Antriebswelle 38 ausüben, doch genügt die in den bewegten
Teilen gespeicherte kinetische Energie zur überbrückung dieser kurzen Zeit, so daß
praktisch an der Abtriebswelle 22 keine Unterbrechung der gleichförmigen Bewegung
festzustellen ist.