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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.
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Method for tuning the oscillating systems of watches If a oscillating system consisting of a balance wheel and spiral spring oscillates, the outer spiral spring attachment point not only transmits a torque to the frame, as would be necessary for isochronism, but also a force. This force is influenced by the length of the spiral spring, so that the type of dependence of the period of oscillation on the oscillation amplitude changes if the length of the spiral spring and thus the position of the attachment points changes.
In addition, there are other influences which, in a similar way, have the effect that the gait behavior of the oscillation system depends largely on the position of the attachment points.
When you have determined a favorable position for the points of attachment, you must endeavor to use the so-called angle of attachment, that is the angle that the directions from the center of the spiral spring to the inner point of attachment and the directions running from the center of the spiral spring to the outer point of attachment include to comply with the production of a series of similar oscillating systems. However, this encounters difficulties.
The main difficulty is that the straightening torques of the spiral springs, i.e. the torques exerted on the balance wheel when the balance is deflected by the angular unit, differ greatly from one another despite the same manufacturing method of the spiral springs. Added to this are the fluctuations in the balance moment of inertia, which are also present in the case of balance types of the same type and which take on considerable values in particular if the balance wheels have screws.
Irregularities in the straightening moments of the spiral springs and / or in the moments of inertia of the balance wheels mean that the points of attachment cannot be precisely adhered to. The irregularities caused by the spiral springs alone are so great that they can cause errors at an angle of 90 or more.
It is known to maintain a required value of the angle of attachment by breaking out the spiral springs to a greater or lesser extent at the inner end. The method is essentially based on the fact that a certain change in angle on the inner handle of the spiral spring corresponds to a shorter spiral spring length than on the outer handle. However, the procedure is very cumbersome. It takes a lot of time and can only be done by trained people.
The known and hitherto practiced method for tuning the oscillating system consists in changing the length of the spiral spring on the finished oscillating system, which consists of the spiral spring and balance wheel that have been taken randomly from the series.
However, this results in different spiral lengths and errors in the attachment angle. There are also considerable differences in the spiral diameter, which have an unfavorable effect on the position of the re-key.
The method according to the invention is characterized in that the straightening moments of the spiral springs, which are manufactured and cut to length in such a way that they result in a predetermined angle of attachment, and the moments of inertia of the balances are determined before they are assembled into the oscillation system, in that the spiral springs and the balances carry out their oscillations Frequency is higher than the frequency normally present in watches, and that the spiral springs are then combined with the moments of inertia corresponding to the balance in such a way that a predetermined period of oscillation arises.
It is advisable to bring the spiral springs to the same length before determining their straightening moments.
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Since the attachment angle according to the method of the invention is already given by the manufacture or preparation of the spiral springs, practically every attachment angle once recognized as being favorable can be produced with high accuracy for any large series of similar oscillation systems. It is also not necessary in the method of the invention to make the deviations of the spiral spring straightening torques from their setpoint value particularly small. The latter would mean considerable complications for the manufacture of the spiral springs.
Rather, the subsequent sorting of the spiral springs into several groups ensures that each group only corresponds to a small range of the straightening torque. Even when sorting into only a few groups, this area is considerably smaller than the entire scatter range of the straightening torque, as it would still be present without sorting even with the most careful spiral spring manufacture.
If high demands are placed on the accuracy, or if balance wheels with screws are to be used, it is advantageous to also sort the balance wheels according to groups with different moments of inertia.
In contrast to balances that are provided with screws, screwless balances have significantly less scattering of the moments of inertia. With them it is therefore also possible to produce the corresponding group of balance wheels for each group of the sorted spiral springs by making changes to the balance dimensions that are intended in production so that the desired target oscillation period is approximately obtained through the combination of corresponding groups of balance springs and spiral springs.
The smaller the ranges of the directional moments or moments of inertia covered by the individual groups, the more precisely a required set oscillation period can be produced. However, even after the combination of corresponding groups, the oscillation system will still show an upset, albeit a weak one. A slight detuning of the oscillation system can be eliminated by changing the mass distribution on the balance wheel or by changing the mass of the balance wheel, preferably at the same time as balancing the balance wheel.
If the mass change to be carried out on the balance is that mass is removed from the balance, then the combination of the spiral springs and balance must of course be made in such a way that the oscillation period is always too long, because removing mass on the balance Moment of inertia of the balance and thus also the period of oscillation is reduced. The mass is expediently removed from the balance wheel by making three holes or milled holes offset by 120 on the balance wheel. If these bores or millings are of the same depth, the moment of inertia of the balance can be reduced by a desired amount. One can, however, by doing these holes or
Make millings different sizes, at the same time with the tuning of the oscillation system by adjusting the moment of inertia also achieve that an imbalance of the oscillation system is eliminated both in terms of direction and size.
For the purpose of sorting the spiral springs according to their straightening moment, the natural vibrations of the spiral spring can advantageously be used.
Like any elastic body, a spiral spring can also perform so-called natural oscillations, namely torsional and bending oscillations. Every natural vibration has a certain frequency and waveform. In principle, one can infer the elastic properties of the spiral spring from the natural frequency of a certain natural oscillation.
This makes it possible to trace back the measurement of the straightening torque or the measurement of the deviation from a target straightening torque directly or indirectly to the measurement of a natural frequency.
Appropriate excitation can be used to generate approximately pure bending vibrations or pure torsional vibrations. The frequency-determining factors for these vibrations are the geometric dimensions of the spring, the modulus of elasticity or the shear modulus derived from this, and the density of the spring material. However, the same parameters also determine the value of the straightening torque of a spiral spring, so that both bending and torsional vibrations can be used to sort spiral springs.
The natural frequencies of spiral springs are in any case higher than the frequencies that the spiral springs to be sorted produce together with a massed body, even if the mass or the moment of inertia of this body is of the order of magnitude smaller than the mass or the moment of inertia of the spiral springs belonging to the spiral springs Riots. It is namely also possible to sort the coil springs in such a way that each coil spring with the same mass-afflicted body that .serves as normal, z. B. also with a normal balance, and uses the differences in the resulting frequencies as a measure for the differences in the straightening moments of the coil springs.
Since the steady state of an excited vibration is the faster the higher the frequency, the natural vibration method, in which the elasticity of the coil spring only has to move the weight of the coil springs, has particular advantages with regard to the speed of the sorting process. The sorting process can also be automated.
Steel spiral springs as well as springs made from the known alloys are ferromagnetic. To excite the vibrations, therefore, an electromagnetic-based arrangement is particularly suitable, e.g. B. a permanent magnet surrounded by a coil.
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The frequency of the spiral springs or the deviation from a setpoint frequency can also be determined indirectly by measuring the oscillation amplitude that occurs at a given excitation frequency.
As such, the spiral spring can be held at any point. But it is useful to fix the spiral spring at its inner end. The latter is preferably possible in that the spiral roller is held.
The moments of inertia of the balance wheels can be determined from their weights in a manner known per se, assuming identical or similar manufacturing conditions.
For the purpose of sorting the unrest according to their respective moment of inertia, any elastic device that exerts a restoring force and delivers an approximately constant normal directional moment is suitable in principle, e.g. B. also a normal spiral spring, with which each of the unrest to be sorted is brought into operative connection. The differences in the oscillation frequencies can be used to quantify the differences in the moments of inertia.
The normal straightening torque is advantageously so large that, together with the unrest to be sorted, a frequency results which is significantly higher than the normal oscillation frequency of the Unrest spiral spring system.
A particularly suitable elastic device exerting a restoring force is a torsionally stressed body with which the balance wheels can be brought into operative connection in such a way that, when appropriately stimulated, torsional vibrations occur around the balance axis, the frequency of which is a measure of the respective moment of inertia of the balance wheel . In the simplest case, such an arrangement consists of a torsion bar that has a holder for the balance wheel. The excitation can take place, for example, by eddy current or by other electromagnetic methods known per se.
As in the case of spiral springs, it is also possible here to excite the system with an approximately constant frequency and to use the magnitude of the oscillation amplitudes as a measure of the deviation from a nominal moment of inertia.