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Verfahren zum Abstimmen von Schwingsystemen von Uhren Wenn ein aus Unruh und Spiralfeder bestehendes Schwingsystem Schwingungen ausführt, so überträgt der äussere Spiralfederbefestigungspunkt auf das Gestell nicht nur ein Drehmoment, wie dies für den Isochronismus nötig wäre, sondern auch eine Kraft. Diese Kraft wird von der Länge der Spiralfeder beeinflusst, so dass sich die Art der Abhängigkeit der Schwingungsdauer von der Schwingungsamplitude ändert, wenn sich die Spiralfederlänge und damit die Lage der Ansteckpunkte ändert.
Ausserdem gibt es auch noch andere Einflüsse, die in ähnlicher Weise bewirken, dass das Gangverhalten des Schwingsystems massgeblich von der Lage der Ansteckpunkte abhängt.
Wenn man eine günstige Lage der Ansteckpunkte ermittelt hat, so muss man bestrebt sein, den sog. Ansteckwinkel, das ist der Winkel, den die vom Spi- ralfedermittelpunkt zum inneren Ansteckpunkt und die vom Spiralfedermittelpunkt zum äusseren Ansteckpunkt verlaufenden Richtungen miteinander einschlie- ssen, bei der Fertigung einer Serie gleichartiger Schwingsysteme einzuhalten. Dies stösst jedoch auf Schwierigkeiten.
Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass die Richtmomente der Spiralfedern, also die bei einer Auslenkung um die Winkeleinheit auf die Unruh ausgeübten Drehmomente, trotz gleicher Herstellungsart der Spiralfedern sehr stark voneinander abweichen. Dazu kommen die Schwankungen der Unruhträgheits- momente, die auch bei gleichartigen Unruhen vorhanden sind und die insbesondere dann beträchtliche Werte annehmen, wenn die Unruhen Schrauben besitzen.
Unregelmässigkeiten bei den Richtmomenten der Spiralfedern und/oder bei den Trägheitsmomenten der Unruhen haben zur Folge, dass die Ansteckpunkte nicht genau eingehalten werden können. Allein die von den Spiralfedern herrührenden Unregelmässigkeiten sind so gross, dass sie Fehler im Ansteckwinkel von 90 und mehr hervorrufen können.
Es ist bekannt, einen verlangten Wert des Ansteckwinkels dadurch einzuhalten, dass man die Spiralfedern am inneren Ende mehr oder weniger weit ausbricht. Die Methode beruht im wesentlichen darauf, dass einer bestimmten Winkeländerung am inneren Umgang der Spiralfeder eine kürzere Spiralfederlänge entspricht als am äusseren Umgang. Das Verfahren ist jedoch sehr umständlich. Es erfordert viel Zeit und kann darüber hinaus nur von geübten Personen ausgeführt werden.
Das bekannte und bisher ausgeübte Verfahren zur Abstimmung des Schwingsystems besteht in einer Änderung der Spiralfederlänge am fertigen Schwingsystem, das aus wahllos der Serie entnommener Spiralfeder und Unruh besteht.
Hierdurch ergeben sich aber verschiedene Spiral- längen und Fehler im Ansteckwinkel. Es ergeben sich ferner erhebliche Unterschiede im Spiraldurch- messer, die sich ungünstig auf die Lage des Rücker- schlüssels auswirken.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Richtmomente der Spiralfedern, die so hergestellt und abgelängt sind, dass sie einen vorbestimmten Ansteckwinkel ergeben, und die Trägheitsmomente der Unruhen vor dem Zusammenbau zum Schwingsystem ermittelt werden, indem die Spiralfedern und die Unruhen Schwingungen ausführen, deren Frequenz höher ist als die normalerweise in Uhren vorhandene Frequenz, und dass die Spiralfedern sodann mit den Unruhen entsprechenden Trägheitsmomenten derart kombiniert werden, dass eine vorbestimmte Schwingungsdauer entsteht.
Dabei ist es zweckmässig, die Spiralfedern vor der Bestimmung ihrer Richtmomente auf gleiche Länge zu bringen.
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Da der Ansteckwinkel nach dem Verfahren der Erfindung schon durch die Herstellung bzw. Zubereitung der Spiralfedern gegeben ist, lässt sich praktisch jeder einmal als günstig erkannte Ansteckwinkel für eine beliebig grosse Serie gleichartiger Schwingsysteme mit hoher Genauigkeit herstellen. Auch ist es bei dem Verfahren der Erfindung nicht erforderlich, die Abweichungen der Spiralfederrichtmomente von ihrem Sollwert besonders klein zu machen. Letzteres würde für die Fabrikation der Spiralfedern erhebliche Erschwerungen bedeuten.
Vielmehr erreicht man durch das nachträgliche Sortieren der Spiralfedern in mehrere Gruppen, dass jeder Gruppe nur ein kleiner Bereich des Richtmomentes entspricht. Dieser Bereich ist schon bei einer Sortierung in nur wenige Gruppen wesentlich kleiner als der gesamte Streubereich des Richtmomentes, wie er ohne Sortierung auch bei sorgfältigster Spiralfederherstellung noch vorhanden wäre.
Wenn hohe Forderungen an die Genauigkeit gestellt werden, oder wenn Unruhen mit Schrauben Verwendung finden sollen, so ist es von Vorteil, auch die Unruhen nach Gruppen mit verschiedenen Trägheits- momenten zu sortieren.
Im Gegensatz zu Unruhen, die mit Schrauben versehen sind, weisen schraubenlose Unruhen wesentlich geringere Streuungen der Trägheitsmomente auf. Bei ihnen ist es daher auch möglich, zu jeder Gruppe der sortierten Spiralfedern die entsprechende Gruppe von Unruhen durch fertigungsmässig beabsichtigte Änderungen der Unruhabmessungen so herzustellen, dass sich durch die Kombination entsprechender Gruppen von Unruhen und Spiralfedern näherungs- weise die gewünschte Sollschwingungsdauer ergibt.
Je kleiner die von den einzelnen Gruppen umfassten Bereiche der Richtmomente bzw. Trägheits- momente sind, desto genauer lässt sich eine verlangte Sollschwingungsdauer herstellen. Jedoch wird das Schwingsystem auch nach der Kombination entsprechender Gruppen immer noch eine, wenn auch schwache, Verstimmung aufweisen. Eine schwache Verstimmung des Schwingsystems kann durch Veränderung der Massenverteilung an der Unruh bzw. durch Masseänderung an der Unruh, vorzugsweise gleichzeitig mit dem Auswuchten der Unruh, beseitigt werden.
Wenn die zu vollziehende Masseänderung an der Unruh darin besteht, dass von der Unruh Masse abgetragen wird, so muss die Kombination der Spiralfedern und Unruhen selbstverständlich so vorgenommen werden, dass hierbei stets eine zu grosse Schwingungsdauer entsteht, da durch Abtragen von Masse an der Unruh das Trägheitsmoment der Unruh und damit auch die Schwingungsdauer verkleinert wird. Zweckmässig wird die Masse an der Unruh dadurch abgetragen, dass man an der Unruh drei um 120 versetzte Bohrungen oder Ausfräsungen anbringt. Sind diese Bohrungen bzw. Ausfräsungen gleich tief, so kann damit das Trägheitsmoment der Unruh um einen gewünschten Betrag verkleinert werden. Man kann jedoch dadurch, .dass man diese Bohrungen bzw.
Ausfräsungen verschieden gross macht, gleichzeitig mit dem Abstimmen des Schwingsystems durch Anpassung des Trägheitsmomentes auch erreichen, dass eine Unwucht des Schwingsystems sowohl nach Richtung und Grösse beseitigt wird.
Zum Zweck der Sortierung der Spiralfedern nach ihrem Richtmoment können vorteilhaft die Eigenschwingungen der Spiralfeder herangezogen werden.
Wie jeder elastische Körper, so kann auch eine Spiralfeder sog. Eigenschwingungen ausführen, und zwar Torsions- und Biegeschwingungen. Jede Eigenschwingung besitzt eine bestimmte Frequenz und Schwingungsform. Grundsätzlich kann man aus der Eigenfrequenz einer bestimmten Eigenschwingung auf die elastischen Eigenschaften der Spiralfeder schlie- ssen.
Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Messung des Richtmomentes bzw. die Messung der Abweichung von einem Sollrichtmoment direkt oder indirekt auf die Messung einer Eigenfrequenz zurückzuführen.
Durch geeignete Anregung lassen sich näherungs- weise reine Biegeschwingungen bzw. reine Torsions- schwingungen erzeugen. Frequenzbestimmend für diese Schwingungen sind die geometrischen Abmessungen der Feder, der Elastizitätsmodul bzw. der aus diesem herzuleitende Schubmodul und die Dichte des Federmaterials. Dieselben Grössen bestimmen aber auch den Wert des Richtmomentes einer Spiralfeder, so dass sich sowohl Biege- als auch Torsionsschwin- gungen zur Sortierung von Spiralfedern heranziehen lassen.
Die Eigenfrequenzen von Spiralfedern liegen in jedem Falle höher als die Frequenzen, die die zu sortierenden Spiralfedern zusammen mit einem massebehafteten Körper ergeben, auch wenn die Masse bzw. das Trägheitsmoment dieses Körpers grössenordnungsmässig kleiner ist als die Masse bzw. das Trägheitsmoment der zu den Spiralfedern gehörenden Unruhen. Es ist nämlich auch möglich, die Spiralfedern in der Weise zu sortieren, dass man jede Spiralfeder mit demselben massebehafteten Körper, der als Normal .dient, z. B. auch mit einer Normalunruh , in Wirkverbindung bringt und die Unterschiede der sich jeweils ergebenden Frequenzen als Mass für die Unterschiede der Richtmomente der Spiralfedern benutzt.
Da sich der stationäre Zustand einer erregten Schwingung um so schneller einstellt, je höher die Frequenz ist, besitzt das Verfahren der Eigenschwingungen, bei dem die Elastizität der Spiralfeder gewissermassen nur die Eigenmasse der Spiralfedern zu bewegen hat, besondere Vorteile hinsichtlich der Schnelligkeit des Sortiervorganges. Der Sortiervor- gang kann überdies automatisiert werden.
Stahlspiralfedern sowie auch Federn aus den bekannten Legierungen sind ferromagnetisch. Zur Erregung der Schwingungen eignet sich daher insbesondere eine auf elektromagnetischer Basis beruhende Anordnung, z. B. ein von einer Spule umgebener Permanentmagnet.
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Die Frequenzbestimmung der Spiralfedern bzw. die Abweichung von einer Sollfrequenz kann indirekt auch dadurch erfolgen, dass man die bei einer vorgegebenen Erregerfrequenz sich einstellende Schwingungsamplitude misst.
An sich kann die Spiralfeder an einer beliebigen Stelle festgehalten werden. Es ist aber zweckmässig, die Spiralfeder an ihrem inneren Ende zu fixieren. Letzteres ist vorzugsweise dadurch möglich, dass die Spiralrolle festgehalten wird.
Die Trägheitsmomente der Unruhen lassen sich unter Voraussetzung gleicher oder ähnlicher Fertigungsbedingungen in an sich bekannter Weise aus ihren Gewichten bestimmen.
Zum Zweck der Sortierung der Unruhen nach ihrem jeweiligen Trägheitsmoment eignet sich prinzipiell jede elastische, eine Rückstellkraft ausübende Vorrichtung, die ein annähernd konstantes Normalrichtmoment liefert, also z. B. auch eine Normalspiralfeder , mit der jede der zu sortierenden Unruhen in Wirkverbindung gebracht wird. Aus den Unterschieden der Schwingungsfrequenzen kann man quantitativ auf die Unterschiede der Trägheitsmomente schliessen.
Vorteilhaft ist das Normalrichtmoment so gross, dass sich zusammen mit den zu sortierenden Unruhen eine Frequenz ergibt, die wesentlich höher liegt als die normale Schwingungsfrequenz des Systems Un- ruh-Spiralfeder.
Als elastische, eine Rückstellkraft ausübende Vorrichtung eignet sich insbesondere ein auf Torsion beanspruchter Körper, mit dem die Unruhen derart in Wirkverbindung gebracht werden können, dass bei geeigneter Anregung Drehschwingungen um die Un- ruhachse entstehen, deren Frequenz ein Mass für das jeweilige Trägheitsmoment der Unruh darstellt. Im einfachsten Fall besteht eine solche Anordnung aus einem Torsionsstab, der eine Halterung für die Unruh besitzt. Die Anregung kann zum Beispiel durch Wirbelstrom oder durch andere an sich bekannte elektromagnetische Verfahren erfolgen.
Ebenso ist es, wie im Falle der Spiralfedern, auch hier möglich, das System mit annähernd konstanter Frequenz zu erregen und die Grösse der Schwingungsamplituden als Mass für die Abweichung von einem Sollträgheits- moment zu benutzen.