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Armbanduhr mit gegen Stösse weitgehend gesicherter Unruh Der empfindlichste Teileiner Uhr ist bekanntlich das Schwingsystem: Wegen der verhältnismässig grossen im Schwingsystem auftretenden Geschwindig- keiten muss auf die Herstellung seiner Lagerteile besonders grosse Sorgfalt aufgewendet werden.
Zum Schutz gegen Beschädigung der feinen Lagerteile, d. h. der Zapfen und Achsen, wurden daher die verschiedensten Schlagsicherungen konstruiert, die im wesentlichen darin bestehen, dass die Lagersteine elastisch festgehalten sind, so dass sie bei grossen, ein gewisses Mass übersteigenden Erschütterungen nachgeben können, bis irgendwelche massiven Teile der Unruhwelle oder des Unruhreifes an entsprechend ausgebildeten Anschlagflächen anstossen.
Durch sol- che Vorrichtungen wird zweifelsohne oft ein. Bruch oder eine Krümmung der Unruhwelle oder ihrer Zapfen vermieden.
Der wesentliche Nachteil all dieser mehr oder weniger komplizierten Sicherungen besteht darin, dass das Tigeronspiel notwendigerweise klein ist. Falls nun Öl oder Staubpartikelchen zu den Teilen einer solchen Stossicherung gelangen, entstehen zu- sätzliche Reibungskräfte, die den Gang der Uhr stören,
da die Unruh nicht mehr frei schwingen kann. Anderseits kann auch wegen dieses geringen Tigeron- spiels durch die Bewegung der Lagerteile das ö1 fort gepumpt werden, so dass das Lager trocken wird und anfrisst.
In der Uhr nach der vorliegenden Erfindung wird nun das Problem, eine schlagsichere Unruhelagerung vorzusehen, ganz anders und zwar wesentlich einfacher gelöst:
ausgehend von der an sich bekannten überlegung, dass die auf die Unruhwelle einwirkenden Kräfte der Masse der Unruh proportional sind, wird eine Unruh geschaffen, die eine verhältnismäs- sig starke Welle aber eine geringe totale Masse auf- weist.
Da die Masse der Unruh von der Schwingungs- zahl abhängig ist, beziehen sich die folgenden Angaben auf Uhren mit einer Unruh, die 17 000 bis 22 000 halbe Schwingungen in der Stunde ausführt. Da des weitere die Masse der Unruh von der Grösse der Uhr abhängig ist, wird diese Masse zum Feder- hausinnendurchmesser ins Verhältnis gesetzt.
Die Armbanduhr nach der vorliegenden Erfindung mit einem Federhaus und einer 17 000 bis 22 000 halbe Schwingungen in der Stunde ausführen- den, gegen Stösse weitgehend gesicherten Unruh ist nun gekennzeichnet durch die Kombination einer Unruhwelle aus einer aushärtbaren Legierung auf der Basis von Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Co-W,
Fe-Ni-Co oder Ni-Co, die ein Aushärten der fertig geformten Welle erlaubt, welche Welle eine Festigkeit von über 200 kg/mm2 sowie eine Vickersh'ärte von über 600 kg/mm2 aufweist, mit einem Unruhreifen, wobei die Masse (A der Unruh bei einem Federhausinnen- durchmesser (D) folgende Werte M"z nicht übersteigt
EMI1.153
<tb> für <SEP> ist
<tb> D <SEP> Mm
<tb> mm <SEP> mg
<tb> 6,1 <SEP> 51,0
<tb> 6,4 <SEP> 51,
7
<tb> 6,7 <SEP> 52,8
<tb> 7,0 <SEP> 54,0
<tb> 7,3 <SEP> 55,5
<tb> 7,6 <SEP> 57,4
<tb> 7,9 <SEP> 59,7
<tb> 8,2 <SEP> 62,8
<tb> 8,55 <SEP> 68,0
<tb> 8,9 <SEP> 73,3
<tb> 9,2 <SEP> 77,8
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EMI2.1
<tb> für <SEP> ist
<tb> D <SEP> Mm
<tb> mm <SEP> mg
<tb> 9,5 <SEP> 82,5
<tb> 9,8 <SEP> 87,4
<tb> 10,1 <SEP> 92,5
<tb> 10,4 <SEP> 97,6
<tb> 10,7 <SEP> 103,0
<tb> 11,0 <SEP> 109,2
<tb> 11,3 <SEP> 115,7
<tb> 11,6 <SEP> 122,7
<tb> 11,9 <SEP> 130,7
<tb> 12,2 <SEP> 139,5
Diese Grenzwerte -sind in der Fig. 1 graphisch dargestellt, während die Fig. 2 die Teile einer Uhr und die Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine Unruh zeigt.
Die Teile einer Uhr, deren Unruh 17 000 bis 22 000, üblicherweise entweder 18 000 oder 19 800 oder 21600 halbe Schwingungen in der Stunde macht, sind am besten aus der Fig. 2 ersichtlich zwischen dem Federhaus 1, dessen Deckel mit 1a und dessen Innendurchmesser mit D bezeichnet ist, und dem Ankerrad 2 liegt das aus drei Rädern 3, 4 und 5 bestehende Räderwerk.
Das Federhaus wird selbstverständlich so gross gemacht, dass es den ganzen zwischen dem äusseren Rand 16, der Werkplatte 17 und dem Zentrum 18 verfügbaren. Raum ausfüllt : m. a. W. ist der Federhausdurchmesser nur wenig kleiner als der Uhrwerkradius. Der Anker ist mit 6 und die Unruh als Ganzes mit 7 bezeichnet. Wie man aus der Fig. 3 der Zeichnung ersehen kann, besitzt diese Unruh einen Reif 8, der aus einem Stück mit den Speichen 9 und der Nabe 10 besteht.
Diese Nabe 10 sitzt auf der Unruhwelle 11, auf welcher auch die Hebelscheibe 12 und die der Befestigung der Spiralfeder 13 dienende Rolle 14 aufgeschoben sind. Die Zapfen 15 der Welle 11 haben eine leicht konische Form mit einem Konuswinkel von ca. 70. Diese Unruhwelle soll nicht elastisch nachgiebig, sondern möglichst starr .sein.
Des weitern soll die Unruhwelle aus einer aushärtbaren Legierung auf der Basis von Fe-Ni, Fe-Ni-Co, Ni-Co, Fe-Co-W oder Fe-Co, die ein Aushärten der fertig geformten Welle erlaubt, bestehen und eine Festigkeit von über 200 kg/mm2 und eine Vickersh'ä.rte zwischen 600 kg/mm2 und 750 kg/ mm2, vorzugsweise zwischen 650 kg/mm2 und 700 kg/ mm2, aufweisen.
Die Legierungen auf der Basis von Fe-Ni können etwa folgende Zusammensetzung haben
EMI2.80
<tb> Typ <SEP> 1
<tb> Ni <SEP> 50 <SEP> % <SEP> - <SEP> 68
<tb> Fe <SEP> 10 <SEP> % <SEP> - <SEP> 25 <SEP> %
<tb> Cr <SEP> 12 <SEP> % <SEP> - <SEP> 25 <SEP> %
<tb> Mo <SEP> -I- <SEP> W <SEP> 5 <SEP> % <SEP> -10 <SEP> %
EMI2.81
<tb> Be <SEP> 0,6 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP> %
<tb> Ti <SEP> 0,6 <SEP> % <SEP> - <SEP> 2,0 <SEP> %
<tb> Si <SEP> -I- <SEP> Mn <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Typ <SEP> 2
<tb> Ni <SEP> 7 <SEP> %-15 <SEP> %
<tb> Cr <SEP> 12 <SEP> % <SEP> - <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Mo <SEP> 0 <SEP> %- <SEP> 4 <SEP> %
<tb> W <SEP> 0 <SEP> %- <SEP> 4
<tb> C <SEP> 0,05%- <SEP> 0,
15%
<tb> Ti <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Nb <SEP> 0 <SEP> %- <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Al <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,5
<tb> Be <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 0,8 <SEP> %
<tb> Mn <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,1 <SEP> %
<tb> Si <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> Rest
Die Legierungen auf der Basis von Fe-Ni-Co können nach einem der beiden folgenden Rezepte zusammengesetzt sein
EMI2.84
Typ 3 Ni 10 % - 63 % Co 5 % - 50 % 57 % - 80 % Fe 0 % - 20 % Cr 10 % - 20 % Mo 5 % -10 % 20 % - 30 % W 5 %-10 Be 0,1 % - 3 % Ti 0,1 % - 3 % Al 0 % - 6,5 % Nb 0 %- 5 % C 0,01 % - 0,6 % Mn 0 %- 6 % Si 0 % - 1 V 0 %- 6 % 0% - 8% Cu 0 %- 6 % Typ 4 Ni 13 % - 65 Co 18 % - 50 % 52 % - 85 % Fe 0 % - 25 % Cr 10 % - 20 % Mo 1 %-10 % 11% - 30% W 0 %-10 Be 0 % - 3 Ti 0 % - 3 % C 0,05%- 0,
6 % A1 0 %- 5 % Nb 0 % - 5 % mindestens jedoch Be 0,04 % oder ein oder Ti 0,2 % entsprechendes oder Al 0,1 % Gemisch oder Nb 0,1 % zusammen maximal 6 % V 0 %- 6 Gu 0 %- 6
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Die Legierungen auf der Basis von Ni-Co können ch folgende Zusammensetzung aufweisen
EMI3.8
<tb> Typ <SEP> 5
<tb> Co <SEP> 40 <SEP> %-50 <SEP> %
<tb> Cr <SEP> 10 <SEP> %-20 <SEP> %
<tb> Mo <SEP> 5
<tb> W <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Be <SEP> 0,2 <SEP> % <SEP> - <SEP> 0,4 <SEP> %
<tb> Ti <SEP> 0,8 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,2 <SEP> %
<tb> C <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 0,
05%
<tb> Mn <SEP> -I- <SEP> Si <SEP> 2 <SEP> %
<tb> Ni <SEP> 30 <SEP> %-40 <SEP> %
Als Legierung auf der Basis von Fe-Co-W eignen sich Legierungen folgender Zusammensetzung
EMI3.12
<tb> Typ <SEP> 6
<tb> Co <SEP> 20 <SEP> %-40 <SEP> W <SEP> 15 <SEP> %-25 <SEP> %
<tb> Cr <SEP> 0 <SEP> %-20 <SEP> %
<tb> Mo <SEP> 0 <SEP> %- <SEP> 6
<tb> V <SEP> 0 <SEP> %- <SEP> 6
<tb> C <SEP> 0,05%- <SEP> 0,2 <SEP> %
<tb> Si <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> %
<tb> Mn <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> %
<tb> Ti <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 3
<tb> Be <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 0,
5 <SEP> %
<tb> Nb <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> Rest
Als Legierung auf der Basis Fe-Co können Legierungen von folgendem Typ verwendet werden
EMI3.15
<tb> Typ <SEP> 7
<tb> Co <SEP> 30 <SEP> %-45 <SEP> %
<tb> Mo <SEP> 5 <SEP> %-15 <SEP> %
<tb> Cr <SEP> 2 <SEP> %-10 <SEP> %
<tb> V <SEP> 0 <SEP> %- <SEP> 1 <SEP> %
<tb> C <SEP> 0,5 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,5 <SEP> %
<tb> Si <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> %
<tb> Mn <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> - <SEP> 1,0
<tb> Ti <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Be <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 0,5 <SEP> %
<tb> Nb <SEP> 0 <SEP> % <SEP> - <SEP> 3
<tb> Fe <SEP> Rest
Zur Herstellung einer Unruhwelle wird nun z.
B. ein Draht aus einer der Legierungen nach Typ 1-5 bei ca. 1100o C geglüht und auf Zimmertemperatur abgeschreckt. Der so behandelte, weich gebliebene Draht wird nun kalt verformt, d. h. gewalzt und/oder gezogen, bis er eine Festigkeit von über 200 kg/mm2 aufweist. Nachher wird aus diesem Draht auf einem Drehautomaten eine Unruhwelle herausgearbeitet. Wenn die Welle fertig geformt ist, wird :
sie einer Wärmebehandlung, die eine Viertelstunde bis sechs Stunden dauern kann, bei einer Temperatur von 200,) C bis 600o C unterworfen. Die Welle erhält dadurch eine Vickenshärte von 650 kg/mm2 bis 700 kg/mrn2. Alsdann wird die Welle noch geschlif- fen. Es ist jedoch auch möglich,
die Welle nach der Wärmebehandlung erst zu drehen oder sie vor der Wärmebehandlung schon zu schleifen. Verwendet man eine Legierung der Typen 6 oder 7, so muss das Ausgangsmaterial bei einer zwischen 600o C und 1000 C liegenden Temperatur warm verformt und dann bei hoher Temperatur geglüht und abgeschreckt werden. Dann kann man die Welle herstellen,
die man nachher während 10 bis 60 Minuten einer Wärmebehandlung bei 400o C bis 7000 C unterwirft. Man kann, falls nötig, die Herstellung allerdings auch nach der Wärmebehand- lung vornehmen.
Nachher wird die so hergestellte Welle mit einem leichten Unruhreifen versehen, d. h. mit einem Reifen, der so leicht ist, dass die Masse M der ganzen Unruh unterhalb der in der Fig. 1 mit 19 bezeichneten Grenzkurve liegt. Die Masse M der Unruh einer Uhr mit einem Federhausinnendurchmesser D von 8 mm darf also z. B. 50 mg betragen, welcher Wert in der Fig. 1 eingezeichnet und mit 20 bezeichnet ist.
Eine so leichte Unruh kann man, dadurch erhalten, dass man den Reifen aus einer Legierung mit einem geringen spezifischen Gewicht, etwa einer AI-Legierung herstellt oder auch dadurch, dass man die Abmessungen, im speziellen die Dicke der Speichen und des Reifens entsprechend wählt. Selbstverständlich wird man versuchen, bei einer gewissen Masse das Trägheitsmoment möglichst gross zu machen.
Die bis heute weit verbreitete Ansicht, dass sich in Uhren mit einer verhältnismässig .leichten Unruh Gangstörungen stärker ausbilden können, hat sich als nicht zutreffend erwiesen:
Es konnte im Gegenteil festgestellt werden, dass eine Uhr mit einer leichten Unruh, also einer Unruh, die leichter ist als die .in der Fig. 1 dargestellte Grenzkurve 19 angibt, nicht nur in bezog auf die Stossicherheit sondern auch in bezog auf die Ganggenauigkeit einer Uhr mit der derzeit üblichen Unruh überlegen ist: bei. Armband- uhren ist die Reibung in den Lagern der Unruh- welle verhältnismässig gross : sie hängt von der Masse der Unruh ab.
Besonders gross ist die Zapfenreibung bei horizontaler Lage der Welle, während sie bei vertikaler Lage geringer ist. Diese von der Lage der Unruhwelle abhängige Grösse der Reibung bewirkt einen Axuplitudenunterschied in den verschiedenen Gebrauchslagen der Uhr.
Dadurch wird wegen des Isochronismusfehlers der Gang geändert. Eine weitere Amplitudenabnahme und daher eine zusätzliche Gangstörung ergibt sich aus der Tatsache, dass das Drehmoment der Aufzugfeder während ihres Ablaufs abnimmt. Diese beiden beschriebenen, sich addierenden Gangstörungen werden neun, durch die Verwendung einer leichteren Unruh verringert:
Einer- seits ist die massenabhängige Reibung kleiner und andererseits vermindert sich der Energiebedarf des Drehschwingers. Daher kann das Drehmoment der Aufzugfeder kleiner und diese selbst dünner dimen- sioniert werden.
Unter Beibehaltung des ursprünglichen Federvolumens erhält man so eine längere Auf- zugfeder, bei welcher der Abfall des Drehmomentes während einer 24-stündigen Periode, also beispiels-
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weise über vier Umgänge, dadurch wesentlich kleiner wird.
Günstig sind Aufzugfedern mit sieben bis neun Umgängen, während. die Federn bei Verwendung von Unruhen, deren Masse in der graphischen Darstellung der Fig. 1 oberhalb der Grenzlinie 19 liegt, heute vielfach noch zu fünf bis sieben Umgängen dimensioniert werden, müssen.
Zusammenfassend ist also festzustellen, dass eine schlagsichere Uhr nach der vorliegenden Erfindung in der Konstruktion. wesentlich einfacher und daher weniger störanfällig ist als eine mit speziellen Schlagsicherungen ausgerüstete Uhr.