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Verfahren zum Abgleich von für Uhrwerke bestimmten Schwingsystemen Es sind Verfahren zum Abgleich von für Uhrwerke bestimmten Schwingsystemen bekannt, gemäss welchen das eine Unruh und eine Spiralfeder aufweisende Schwingsystem zuerst vorabgeglichen wird, bis es wenigstens näherungsweise mit Sollfrequenz schwingt. Dabei ist es ebenfalls bekannt, diesen Vorabgleich durch Masseänderungen und insbesondere durch Anbohren oder Anfräsen der Unruh an zentrumssymmetrischen Stellen vorzunehmen.
Sobald das Schwingsystem nahezu mit Sollfrequenz schwingt, kann die Beseitigung oder Komposition von Isochro- nismusfehlern vorgenommen werden. Diese Isochro- nismusfehler haben bekanntlich zur Folge, dass die Schwingfrequenz des Schwingsystems je nach der räumlichen Lage der Drehachse der Unruh sowie des äusseren Spiralfederendes variiert. Eine weitere Folge der Isochronismusfehler ist, dass die Schwingfrequenz des Schwingsystems auch von der Amplitude der Drehschwingung der Unruh abhängt.
Von besonderer Bedeutung ist der durch eine Unwucht des Schwingsystems hervorgerufene Isochronismusfehler, der bei lotrechter Drehachse der Unruh zwar verschwindet, aber bei horizontaler Drehachse der Unruh und je nach der Lage des äusseren Spiralfeder- endes ein relatives Maximum annimmt. Zur genaueren Erfassung dieses Isochronismusfeblers hat man das Schwingsystem als Ganzes betrachtet in eine grössere Anzahl verschiedener räumlicher Lagen gebracht und die sich jeweils -ergebenden Frequenzabweichungen bei konstanter Amplitude der Drehschwingung seiner Unruh gemessen. Aus diesen Messungen lässt sich dann sowohl die Grösse der Unwucht als auch der Ort ermitteln, an welchem die Unwucht an der Unruh wirksam wird.
Zur Beseitigung des Isochronismusfehlers des Schwingsystems kann darauf am gefundenen Ort der Unruh so viel Masse abgetragen werden, bis der Isochronismusfeh- ler verschwindet und demzufolge der optimale Iso- chronismus des Schwingsystems erreicht ist. An Stelle einer Masseabtragung am gefundenen Ort kann man auch eine Massevermehrung an der diametral gegen= überstehenden Stelle der Unruh anwenden.
In entsprechender Weise sind auch Masseverschiebungen an den genannten Stellen der Unruh möglich. Nachdem nun der optimale Isochronismus des Schwingsystems erreicht ist, kann dessen Schwingfrequenz durch weitere zentrumssymmetrische, an der Unruh vorgenommene Masseänderungen einem Feinab- gleich unterworfen werden, so dass das Schwingsystem innerhalb der vorgegebenen Fehlergrenzen mit Sollfrequenz schwingt.
Das oben erläuterte Verfahren zum Abgleich eines eine Unruh und eine Spiralfeder aufweisenden Schwingsystems ist offenbar vergleichsweise zeitraubend . und daher kostspielig. Der hauptsächlichste Nachteil besteht indessen darin, dass dieses Verfahren nicht immer durchführbar ist. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn zur Beseitigung des Iso- chronismusfehlers an einer Stelle der Unruh Masse- änderungen vorgenommen werden müssten, die schon vorher, etwa bei der Durchführung des erwähnten Vorabgleiches auf Sollfrequenz, bearbeitet worden ist und welche aus diesem Grund für eine weitere Bearbeitung nicht mehr verwendet werden darf.
Diese und andere Mängel der bisher üblichen Abgleichverfahren verhindern eine rationelle und insbesondere halbautomatische Fertigung von abgeglichenen Schwingsystemen.
Die vorliegende Erfindung befasst sich demge- mäss mit einem Verfahren zum Abgleich von für Uhrwerke bestimmten Schwingsystemen, welche eine Unruh und eine Spiralfeder aufweisen. Bezweckt wird
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die Schaffung eines Verfahrens, welches stets anwendbar ist und eine wirtschaftliche Fertigung von abgeglichenen Schwingsystemen gestattet.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass man das Schwingsystem in eine erste Messlage bringt, in welcher die Unruhwelle eine von der Vertikalen abweichende Richtung aufweist, dass man in dieser ersten Messlage die Unruh nacheinander Drehschwingungen mit voneinander verschiedenen Amplituden ausführen lässt und die zu diesen Amplituden gehörenden Schwingfrequenzen misst, dass man nach Massgabe dieser erstgenannten Messungen an der stillstehenden Unruh Masseänderungen vornimmt, welche wenigstens näherungsweise den optimalen Iso- chronismus des Schwingsystems in dieser ersten Messlage bewirken, dass man darauf das.
Schwingsystem in eine zweite Messlage bringt, in welcher es als Ganzes bezüglich der Drehachse seiner Unruh und gegenüber der erstgenannten Messlage um einen Winkel von wenigstens näherungsweise 90 Grad geschwenkt ist, wobei die Unruhwelle auch in dieser zweiten Messlage eine von der Vertikalen abweichende Richtung aufweist, dass man nunmehr in dieser zweiten Messlage die Unruh nacheinander Drehschwingungen mit voneinander verschiedenen Amplituden ausführen lässt und die zu diesen Amplitu- den gehörenden Schwingfrequenzen misst, und dass man nach Massgabe dieser zuletzt genannten- Messungen an der -stillstehenden Unruh Masseänderun- gen vornimmt,
welche wenigstens näherungsweise den optimalen Isochronismus des Schwingsystems in dieser zweiten Messlage bewirken.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfol- gend-an Hand der Zeichnung näher erläutert, in welcher Fig. 1 eine Ansicht des Schwingsystems zeigt, das bezüglich seiner Schwingfrequenz vorabgeglichen ist und zur Behebung seines Isochronismusfehlers in eine erste Messlage gebracht wurde ; Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung des .Schwingsystems wiedergibt, wobei zur Behebung des Isochronismusfehlers bezüglich der ersten Mess- lage eine Masseabtragung an- der Unruh vorgenommen worden, ist ;
Fig. 3 das in eine zweite Messlage gebrachte Schwingsystem wiedergibt ; Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung des Schwingsystems zeigt, wobei zur Behebung des Isochronismusfehlers bezüglich der zweiten Messlage eine weitere Masseabtragung an der Unruh vorgenommen worden ist;
Fig. 5 und 6 das gemäss der Fig. 4 von Isochro- nismusfehlern befreite Schwingsystem darstellen, wobei weitere und zentrumssymmetrische Masseabtra- gungen an der Unruh vorgenommen worden sind, um einen Feinabgleich der Schwingfrequenz zu erreichen, und in welcher Fig. 7 eine graphische Darstellung der verschiedenen zur Durchführung des Abgleiches vorgenommenen Messungen veranschaulicht, wobei in der Abszissenrichtung die Amplitude der Drehschwingungen der Unruh in Winkelgraden aufgetragen ist,
während die jeweilige Frequenz der Drehschwingung der Unruh in der Ordinatenrichtung aufgetragen ist. Die Zahlenangaben in der Ordinatenrichtung beziehen sich wie üblich auf Frequenzabweichungen von der Sollfrequenz, wobei diese Frequenzabweichungen in Sekunden pro 24 Stunden (s/24 h) angeschrieben sind. Das Pluszeichen in der Ordinatenrichtung gibt ein Vorgehen und das Minuszeichen ein Nachgehen des Schwingsystems gegenüber der Sollfrequenz an.
Die Unruhwelle 8 des in den Fig. 1 bis 6 schematisch angedeuteten Schwingsystems trägt wie üblich die aus dem Unruhreif mit Armen bestehende Unruh 9. Das innere Ende der Spiralfeder 10 des Schwingsystems ist ebenfalls wie üblich auf einer Spiralrolle befestigt, die ihrerseits auf der Unruhwelle 8 sitzt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Spiralrolle nicht näher dargestellt und es sind auch alle anderen Teile des Schwingsystems, welche die Drehschwingung der Unruhwelle 8 mitmachen und auf der letzteren befestigt sind, in den Fig. 1 bis 6 nicht veranschaulicht, da sie für das Verständnis der Erfindung ohne Belang sind.
Ferner ist angenommen, dass die Spiralfeder 10 ihre endgültige Länge bereits erhalten hat ; dabei kann das äussere Ende der Spiralfeder 10 schon im Spiralklötzchen 11 befestigt sein. Die beiden Enden der Unruhwelle 8 sind nun beispielsweise in einem Halter drehbar gelagert, während das" Spiralklötzchen 11, und damit das äussere Ende der Spiralfeder 10, im gleichen Halter unbeweglich derart befestigt ist, dass das Schwingsystem 8 bis 11 als Ganzes betrachtet, gegenüber diesem Halter Drehschwingungen ausführen kann. Dieser Halter, dessen Bauart im übrigen. nicht Gegenstand der Erfindung ist, wurde in der Zeichnung aus Gründen der übersichtlichkeit nicht näher wiedergegeben.
In den Fig. 1 bis 6 ist jedoch die jeweilige Lage dieses Halters und damit auch die entsprechende Lage des ganzen Schwingsystems 8 bis 11 durch die Lage des Spiralklötzchens 11 angedeutet.
Noch nicht vorabgeglichene Schwingsysteme weisen durchschnittlich noch einen Gangfehler gegen- über der Sollfrequenz von grössenordnungsmässig etwa 600 bis 1200 Sekunden pro Tag auf. Setzt man voraus, wie dies für eine reihenweise Fertigung von abgeglichenen Schwingsystemen vorteilhaft ist, dass der ganze Abgleich lediglich durch Materialabtragung an der Unruh 9 erfolgen soll, so muss das Rotations- trägheitsmoment der Unruh in jedem Fall zu gross sein, so dass das Schwingsystem vor der Durchführung irgendeines Abgleiches genügend nachgeht.
Durch den Vorabgleich soll nun die Schwingfrequenz des Schwingsystems so weit der Sollfrequenz genähert werden, dass das Schwingsystem 8 bis 11 nur noch
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etwa 20 bis 80 Sekunden pro Tag nachgeht. Zu diesem Zweck können am Reif der Unruh 9 an zwei diametral gegenüberstehenden Stellen Einfräsungen 12, 13 angebracht werden, wie dies die Fig. 1 bis 6 zeigen. Zur Durchführung dieses Vorabgleiches wird die Schwingfrequenz des Schwingsystems 8 bis 11 am besten bei lotrechter Stellung der Unruhwelle 8 und bei an sich beliebigen Schwingungsamplituden der Unruh 9 gemessen.
Ist der Vorabgleich durch passende Tiefe der Einfräsungen 12, 13 erreicht, so wird man bei lotrechter Unruhwelle 8 für verschiedene Schwingungsamplituden der Unruh 9 praktisch dieselbe Schwingfrequenz des Schwingsystems 8 bis 11 erhalten. In der Darstellung der Fig. 7 ergibt sich daher beispielsweise die gestrichelte Linie 1', welche im wesentlichen eine zur Abszisse parallele Gerade ist, die im dargestellten Fall die Ordinate bei ca. - 24,5 schneidet. Gemäss der Linie 1' geht somit das vorabgeglichene Schwingsystem 8 bis 11 noch 24,5 Sekunden pro Tag nach, sofern wie erwähnt die Unruhwelle 8 lotrecht steht.
Das ganze vorabgeglichene Schwingsystem 8 bis 11 wird nun zusammen mit seinem Halter in eine erste Messlage gebracht, in welcher die Unruhwelle 8 am besten horizontal verläuft. Ferner wird das Schwingsystem 8 bis 11 als Ganzes, und ebenfalls zusammen mit seinem Halter so weit um die horizontale Unruhwelle 8 geschwenkt, bis in der Ruhestellung der Unruh 9 eine durch die Achse der Unruh gelegte vertikale Ebene neben den Einfräsun- gen 12 und 13 in genügendem Abstand vorbeigeführt, d. h. die Einfräsungen 12 und 13 nicht trifft. Die sich solchermassen ergebende erste Messlage des Schwingsystems 8 bis 11 ist in der Fig. 1 wiedergegeben.
In dieser ersten Messlage betrachtet, wird nun das Schwingsystem 8 bis 11 in der Regel erhebliche Isochronismusfehler aufweisen. Dementsprechend misst man nun bei verschiedenen Schwingungsamplituden der Unruh 9 die zugehörigen Schwingfrequenzen. Beschränkt man sich hierbei auf Schwingungsamplituden, die kleiner als 240 Grad sind, so erhält man als Ergebnis dieser Messungen eine im Prinzip S-förmige Kurve 1 gemäss der Fig. 7, welche die gestrichelte Gerade 1' in jedem Fall bei einem Amplitudenwert von ca. 220 Grad schneidet..
Da nach der Kurve 1 die Schwingfrequenz mit zunehmender Schwingungsamplitude abnimmt, ist in der ersten Messlage und bei stillstehender Unruh 9 senkrecht unterhalb der Unruhwelle 8 eine Masseabtragung 14 vorzunehmen, wie dies in der Fig. 2 angegeben ist. Bei gegebenem Schwingsystem 8 bis 11 ist die Grösse der Masseabtragung 14 proportional der grössten Steilheit der Kurve 1, d. h. proportional derjenigen Steilheit, welche die Kurve 1 in ihrem Wendepunkt aufweist.
Anstelle der grössten Steilheit der Kurve 1 kann man als Mass für die Grösse der vorzunehmenden Masseabtragung 14 auch andere charakteristische Daten der Kurve 1 wie zum Beispiel die Ordinatendifferenz zwischen der Kurve 1 und der Geraden 1' genommen bei einem vorgegebenen Amplitudenwert - verwenden. Jedenfalls liefert die Kurve 1 alle Anhaltspunkte dafür, an welchem Ort des Unruhreifens, d. h. senkrecht über oder unter der Drehachse der Unruh, und wieviel Masse abzutragen ist, damit bezüglich der ersten Messlage der optimale Isochronismus erreicht wird.
Hat man die Masseabtragung 14 dementsprechend, etwa durch Anbohren, ausgeführt und misst man neuerdings in dieser ersten Messlage (Fig. 2) die Schwingfrequenz als Funktion der Amplitude der Drehschwingung der Unruh 9, so wird man die Linie 2 der Fig. 7 erhalten. Ist die Linie 2 eine zur Abszisse parallele Gerade, so bedeutet dies, dass der Isochronismusfehler bezüglich der ersten Messlage gemäss den Fig. 1 und 2 behoben ist. In der ersten Messlage ist damit die Schwingfrequenz des Schwingsystems unabhängig von der Schwingungsamplitude geworden.
Infolge der Masseabtra- gung 14 hat sich die Schwingfrequenz weiterhin der Sollfrequenz genähert ; gemäss der Linie 2 läuft das Schwingsystem nur noch ca. 17,5 Sekunden pro Tag nach. .
Das Schwingsystem 8 bis 11 wird darauf in eine zweite Messlage gebracht, in welcher die Unruhwelle 8 ebenfalls wieder am besten horizontal liegt. In dieser zweiten Messlage soll ferner die durch die Achse der Unruh gelegte vertikale Ebene weder die Anfrä- sungen 12 und 13 noch die Anbohrung 14 durch- stossen. Eine solche Messlage ist in der Fig. 3 "dargestellt. Wie ein Vergleich der Fig. 2 und 3 erkennen lässt, geht die zweite Messlage gemäss der Fig. 3 aus der ersten Messlage gemäss den Fig. 1 und 2 durch eine Schwenkung des Schwingsystems um 90 Grad im Gegenuhrzeigerdrehsinn hervor.
Die wiedergegebenen Ruhestellungen der Unruh 9 sowie das Spiralklötzchen 11 veranschaulichen diese um die Achse der Unruh vorgenommene Schwenkung. Selbstverständlich ist der Halter, in welchem das Schwingsystem 8 bis 11 gelagert ist, ebenfalls entsprechend geschwenkt worden. In dieser zweiten Messlage wird nun neuerdings die Schwingfrequenz des Schwingsystems 8 bis 11 als Funktion der Schwingungsamplitude gemessen und es sei angenommen, dass diese Messungen die Kurve 3 in Fig. 7 ergeben haben. Die ausgeprägte S-Form der Kurve 3 sagt aus, dass in dieser zweiten Messlage gemäss der Fig. 3 das Schwingsystem 8 bis 11 einen wesentlichen Isochronismusfehler aufweist.
Die Kurve 3 schneidet dabei in jedem Fall nunmehr die Gerade 2 bei einem Amplitudenwert von ca. 220 Grad: Die charakteristischen Daten der Kurve 3 in Fig. 7 liefern nun alle Anhaltspunkte dafür, an welchem Ort und wieviel Masse an der Unruh 9 abzutragen ist, damit in der zweiten Messlage nach Fig. 3 der optimale Isochronismus neuerdings erreicht wird. Nach der Kurve 3 nimmt die Schwingfrequenz mit wachsender Schwingungsamplitude zu ; es ist folglich bei stillstehender Unruh 9 und in der zweiten Messlage
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nach Fi. 3 betrachtet, oberhalb der Unruhwelle 8, also am' besten an der Stelle 15 gemäss der Fig. 4 Masse abzutragen.
Die Grösse der abzutragenden Masse 15 ist proportional beispielsweise zu der am Wendepunkt der Kurve 3 genommenen Steilheit. Ist diese Masseabtragung etwa durch Anbohren an der lotrecht über der Unruhwelle 8 befindlichen Stelle 15 richtig ausgeführt worden, und misst man darauf die Schwingfrequenz als Funktion der Amplitude der Drehschwingung der Unruh 9, so wird man die Linie 4 in Fig. 7 erhalten. Stellt die Linie 4 eine zur Abszisse parallele Gerade dar, so ist der Isochronis- musfehler auch für die zweite Messlage gemäss den Fig. 3 und 4 behoben.
Wegen der Masseabtragung 15 hat sich die Schwingfrequenz nochmals der Sollfrequenz genähert. Gemäss der Geraden 4 in Fig. 7 läuft das Schwingsystem 8 bis 11 nach Vornahme der Masseabtragung 15 nur noch ca. 12,5 Sekunden pro Tag nach. Mit der Beseitigung des Isochronismusfehlers auch in der zuletzt genannten zweiten Messlage ge- mäss den Fig. 3 und 4 ist nun aber der optimale Isochronismus des Schwingsystems 8 bis 11 an sich erreicht.
Das Schwingsystem 8 bis 11 wird jetzt in jeder räumlichen Lage seiner Unruhwelle 8 und praktisch unabhängig von der Schwingungsamplitude seiner Unruh 9 mit derselben Frequenz Drehschwingungen ausführen, wobei diese Schwingfrequenz ge- mäss der Linie 4 in Fig. 7 nur noch wenig von der Sollfrequenz abweicht. Man kann nun das Schwingsystem 8 bis 11 gegebenenfalls noch einem Feinabgleich unterziehen, um eine noch bessere Annäherung seiner Schwingfrequenz an die Sollfrequenz zu erreichen. Zu diesem Zweck werden weitere Masseabtragungen an zentrumssymmetrischen Stellen des Reifs der Unruh 9 so vorgenommen, dass der resultierende Schwerpunkt dieser Masseabtragung genau in die Achse der Unruh fällt.
Diese letzte Bedingung muss erfüllt werden, da andernfalls wieder Isochro- nismusfehler entstehen würden. Am einfachsten ist es, an zwei diametral gegenüberstehenden Stellen 16 und 17 gemäss der Fig. 5 zwei Löcher von genau gleicher Tiefe und gleichem Durchmesser zu bohren, wobei man diese Löcher an noch nicht bearbeiteten Stellen der Unruh 9 anbringen kann.
Werden die Löcher 16 und 17 mit- einem Bohrer gebohrt, der denselben Durchmesser hat wie der Bohrer, welcher zur Herstellung des Loches 15 zwecks Beseitigung des Isochronismusfehlers bezüglich der zweiten Messlage (Fig. 4) benützt wird, so kann man das eine der Löcher 16 oder 17 mit dem Loch 15 zusammenfallen lassen, wie dies die Fig. 6 andeutet. Das Loch 15 ist dann zur- Durchführung des Feinabgleichs einfach um die Bohrtiefe des Loches 16 zu vertiefen, welches diametral gegenübersteht.
Bei der praktischen Durchführung des beschriebenen Verfahrens sind nun verschiedene Vereinfachungen möglich. Zunächst sind Messungen zur Be- stimmung der Geraden 1' nach vollzogenen Einfrä- sungen 12, 13 nicht erforderlich, da die Lage der Geraden 1' auch durch ihren Schnittpunkt mit der Kurve 1 gegeben ist. Dieser Schnittpunkt befindet sich wie oben erwähnt bei ca. 220 Grad, genauer bei 219,6 Grad. Man kann somit nach beendetem Vorabgleich das Schwingsystem 8 bis 11 direkt in die erste Messlage nach Fig. 1 bringen und durch Messungen die Kurve 1 der Fig. 7 bestimmen.
Da die Kurve 1 bereits alle Angaben liefert, um die Masseabtragung an der Stelle 14 (Fig. 2) so vorzunehmen, dass in der ersten Messlage nach Fig. 1 und 2 der Isochronismusfehler verschwindet, braucht man das Loch 14 nur mit genügender Genauigkeit zu bohren. Eine Messung zur Bestimmung der Geraden 2 er- übrigt sich, da hierdurch ja nur die Betätigung des erreichten Isochronismus bezüglich der ersten Mess- lage nach Fig. 1 und 2 erhalten würde. Nach Ausführung der Bohrung an der Stelle 14 (Fig. 2) kann somit das Schwingsystem 8 bis 11 sofort in die zweite Messlage nach Fig. 3 gebracht werden.
In dieser zweiten Messlage wird nun durch Messung die Kurve 3 der Fig. 7 ermittelt. Die vorher nicht ermittelte Gerade 2 kann nun vermittels der Kurve 3 festgelegt werden, da die Gerade 2 die Kurve 3 bei einem Amplitudenwert von ebenfalls ca. 220 Grad schneidet. Die Kurve 3 stellt nun wiederum alle Angaben zur Verfügung, um durch eine Masseabtragung an der Stelle 15 (Fig. 4) den festgestellten Isochronis- musfehler zu beseitigen.
Darüber hinaus sind aus der Lage der Kurve 3 im Koordinatensystem der Fig. 7 - d. h. aus dem mittleren in der Ordinaten- trichtung gemessenen Abstand der Kurve 3 bezüglich der Abszisse - auch alle Angaben für den gegebenenfalls noch durchzuführenden Feinabgleich der Schwingfrequenz des Schwingsystems 8 bis 11 erhältlich. Man kann daher in der zweiten Messlage des Schwingsystems (Fig. 4 bis 6) die Beseitigung des verbleibenden Isochronismusfehlers und den Feinab- gleich auf Sollfrequenz im gleichen Arbeitsgang ausführen und die Löcher 15 bis 17 gleichzeitig bohren.
Dabei wird man vorzugsweise diese Bohrungen an den in den Fig. 6 angegebenen Stellen ausführen, wobei man gemäss den aus der Kurve 3 erhaltenen Angaben die beiden verbleibenden Löcher 15 und 16 mit in der Regel verschiedener Bohrtiefe auszuführen hat. Unter diesen Umständen entfällt die Ausführung von Messungen zur Feststellung der Geraden 4 in Fig. 7 ; es brauchen höchstens noch Kon- trollmessungen über den erreichten optimalen Iso- chronismus und über die erreichte Annäherung der Schwingfrequenz des abgeglichenen Schwingsystems an die Sollfrequenz durchgeführt zu werden.
Für die Durchführung des Verfahrens ist es nicht erforderlich, den vollen Verlauf der Kurven 1 und 3 zu bestimmen, wie dies die Fig. 7 veranschaulicht. Es genügt vielmehr, in jeder der beiden Messlagen die sich ergebende Schwingfrequenz des Schwingsystems 8 bis 11 für zwei genügend weit auseinander
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liegende Schwingungsamplituden zu messen. Vorzugsweise wird man dabei zwei Schwingungsamplituden für diese Messungen wählen, von welchen die eine ca. 220 Grad beträgt, während die andere Schwingungsamplitude dann wesentlich tiefer, zum Beispiel also etwa 90 Grad sein kann.
Es hat sich jedoch als zweckmässig erwiesen, wenn in die Messungen der Schwingfrequenz auch solche einbezogen werden, die sich für den Maximal- und Minimalwert der Schwingungsamplitude ergeben, mit welch letzteren das abgeglichene Schwingsystem nach seinem Einbau im Uhrwerk betrieben werden soll.
Beim erläuterten Verfahren können ferner die beiden Messlagen gemäss den Fig. 2 und 4 stets so gewählt werden, dass die zur Erreichung des optimalen Isochronismus vorzunehmenden Masseände- rungen 14 und 15 nicht auf Stellen des Reifs der Unruh 9 fallen, an welchen aus dem einen oder anderen Grund eine Bearbeitung entweder nicht erwünscht oder nicht möglich erscheint. Gegebenenfalls können die beiden Messlagen selbst so gewählt werden, dass sie nicht wie in Fig. 2 und 4 zueinander genau rechtwinklig, sondern nur näherungsweise rechtwinklig stehen.
In diesem Fall wird jedoch der optimale Isochronismus ebenfalls nur näherungs- weise erreicht. Das erfindungsgemässe Verfahren ist somit weitgehender Abwandelungen fähig und kann aus diesem Grund stets angewendet werden. Im übrigen ist noch festzuhalten, dass der Isochronismusfehler hierbei für zwei an sich beliebig orientierte, aber zueinander rechtwinklig stehende Messlagen nacheinander komponentenweise durch Masseänderungen beseitigt ist.
Die Kenntnis des genauen Ortes der Unwucht, welche nach Durchführung des Vorabgleiches für den Isochronismusfehler vorwiegend verantwortlich ist, braucht hierzu im Gegensatz zu den bisher üblichen Verfahren nicht bekannt zu sein.
Schliesslich ist das erfahrungsgemässe Verfahren in entsprechender Weise anwendbar, wenn der Abgleich nicht durch Masseabtragungen an der Unruh 9, sondern ganz oder teilweise auch durch Massezu- fügung oder durch Lageveränderungen bereits vorhandener Masse erfolgen soll.
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Method for balancing oscillating systems intended for clockworks There are known methods for balancing oscillatory systems designed for clockworks, according to which the oscillating system having a balance wheel and a spiral spring is first adjusted until it oscillates at least approximately at the set frequency. It is also known to carry out this preliminary adjustment by changing the mass and in particular by drilling or milling the balance wheel at points symmetrical to the center.
As soon as the oscillation system oscillates almost at the nominal frequency, the elimination or composition of isochronism errors can be undertaken. As is known, these isochronism errors have the consequence that the oscillation frequency of the oscillation system varies depending on the spatial position of the axis of rotation of the balance and the outer end of the spiral spring. Another consequence of isochronism errors is that the oscillation frequency of the oscillation system also depends on the amplitude of the torsional oscillation of the balance wheel.
Of particular importance is the isochronism error caused by an imbalance in the oscillation system, which disappears with a vertical axis of rotation of the balance, but with a horizontal axis of rotation the balance and depending on the position of the outer spiral spring end assumes a relative maximum. For a more precise recording of this isochronism mistake, the oscillation system as a whole was brought into a larger number of different spatial positions and the resulting frequency deviations measured at a constant amplitude of the torsional oscillation of its balance wheel. From these measurements, both the size of the imbalance and the location at which the imbalance takes effect on the balance wheel can then be determined.
To eliminate the isochronism error of the oscillation system, so much mass can be removed from the balance wheel at the location found until the isochronism error disappears and the optimal isochronism of the oscillation system is achieved. Instead of removing the mass at the location found, it is also possible to increase the mass at the diametrically opposite position of the balance wheel.
In a corresponding manner, mass shifts at the mentioned points of the balance wheel are also possible. Now that the optimal isochronism of the oscillation system has been achieved, its oscillation frequency can be fine-tuned by further center-symmetrical mass changes made on the balance, so that the oscillation system oscillates within the specified error limits at the target frequency.
The method explained above for balancing an oscillating system having a balance wheel and a spiral spring is evidently comparatively time-consuming. and therefore costly. The main disadvantage, however, is that this procedure is not always feasible. This is the case, for example, if mass changes would have to be made at a point on the balance wheel to eliminate the isochronism error further processing may no longer be used.
These and other deficiencies in the adjustment methods customary up to now prevent an efficient and, in particular, semi-automatic production of balanced oscillating systems.
The present invention is accordingly concerned with a method for balancing oscillation systems intended for watch movements, which have a balance wheel and a spiral spring. Is intended
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the creation of a process which can always be used and which allows the economical production of balanced oscillating systems.
According to the invention, this is achieved by bringing the oscillation system into a first measuring position in which the balance shaft has a direction deviating from the vertical, that in this first measuring position the balance is made to perform rotational oscillations with mutually different amplitudes and the amplitudes belonging to these amplitudes Vibration frequencies are measured that, according to these first-mentioned measurements, mass changes are carried out on the stationary balance wheel, which at least approximately cause the optimal isochronism of the vibration system in this first measurement position.
Brings the oscillating system into a second measurement position, in which it is pivoted as a whole with respect to the axis of rotation of its balance wheel and with respect to the first-mentioned measurement position by an angle of at least approximately 90 degrees, the balance shaft also having a direction deviating from the vertical in this second measurement position in this second measurement position the balance wheel is allowed to perform torsional vibrations with mutually different amplitudes one after the other and the oscillation frequencies associated with these amplitudes are measured, and according to these last-mentioned measurements, changes in mass are made on the stationary balance wheel,
which at least approximately bring about the optimal isochronism of the oscillation system in this second measuring position.
The method according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which FIG. 1 shows a view of the oscillation system which has been pre-adjusted with regard to its oscillation frequency and which has been brought into a first measurement position in order to correct its isochronism error; FIG. 2 shows a representation of the oscillating system corresponding to FIG. 1, with a removal of mass from the balance wheel to eliminate the isochronism error with regard to the first measurement position;
3 shows the oscillating system brought into a second measurement position; FIG. 4 shows a representation of the oscillation system corresponding to FIG. 3, with a further removal of mass on the balance wheel to eliminate the isochronism error with respect to the second measurement position;
5 and 6 show the oscillation system freed from isochronism errors according to FIG. 4, further and center-symmetrical mass transfers on the balance wheel in order to achieve a fine adjustment of the oscillation frequency, and in which FIG. 7 shows a graphic representation illustrates the various measurements made to carry out the adjustment, the amplitude of the torsional vibrations of the balance wheel being plotted in degrees in the abscissa direction,
while the respective frequency of the torsional vibration of the balance wheel is plotted in the ordinate direction. As usual, the numbers in the ordinate direction relate to frequency deviations from the target frequency, these frequency deviations being written in seconds per 24 hours (s / 24 h). The plus sign in the ordinate direction indicates a procedure and the minus sign indicates that the oscillation system is following the target frequency.
The balance shaft 8 of the oscillation system indicated schematically in FIGS. 1 to 6 carries, as usual, the balance 9 consisting of the balance rim with arms. The inner end of the spiral spring 10 of the oscillation system is also fastened as usual on a spiral roller, which in turn is attached to the balance shaft 8 sits. For the sake of clarity, the spiral roller is not shown in more detail and all other parts of the oscillation system that participate in the torsional oscillation of the balance shaft 8 and are attached to the latter are not illustrated in FIGS. 1 to 6, as they are essential for the understanding of the Invention are irrelevant.
It is also assumed that the spiral spring 10 has already received its final length; The outer end of the spiral spring 10 can already be fastened in the spiral block 11. The two ends of the balance shaft 8 are now rotatably mounted in a holder, for example, while the "spiral block 11, and thus the outer end of the spiral spring 10, is immovably fastened in the same holder in such a way that the oscillating system 8 to 11 viewed as a whole, opposite this Holder can perform torsional vibrations.This holder, the design of which is otherwise not the subject of the invention, has not been shown in more detail in the drawing for reasons of clarity.
In FIGS. 1 to 6, however, the respective position of this holder and thus also the corresponding position of the entire oscillating system 8 to 11 are indicated by the position of the spiral stud 11.
Oscillating systems that have not yet been adjusted in advance still have an average gait error compared to the target frequency of about 600 to 1200 seconds per day. Assuming, as is advantageous for a serial production of balanced oscillating systems, that the entire balancing should only be carried out by removing material from the balance wheel 9, the rotational moment of inertia of the balance wheel must in any case be too large, so that the oscillating system is ahead sufficiently pursues the implementation of any adjustment.
By means of the pre-adjustment, the oscillation frequency of the oscillation system is now to be approximated to the setpoint frequency so far that the oscillation system 8 to 11 only remains
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pursues about 20 to 80 seconds per day. For this purpose, the wheel 9 can be milled at two diametrically opposite points on the hoop, as shown in FIGS. 1 to 6. To carry out this preliminary adjustment, the oscillation frequency of the oscillation system 8 to 11 is best measured with the balance shaft 8 in a vertical position and with any oscillation amplitudes of the balance 9.
If the pre-adjustment has been achieved through the appropriate depth of the milled recesses 12, 13, practically the same oscillation frequency of the oscillation system 8 to 11 will be obtained for different oscillation amplitudes of the balance 9 with a vertical balance shaft 8. In the illustration of FIG. 7, for example, the dashed line 1 'results, which is essentially a straight line parallel to the abscissa, which in the illustrated case intersects the ordinate at approximately −24.5. According to the line 1 ', the pre-adjusted oscillating system 8 to 11 continues for 24.5 seconds per day if, as mentioned, the balance shaft 8 is perpendicular.
The entire pre-adjusted oscillating system 8 to 11 is now brought together with its holder into a first measuring position in which the balance shaft 8 is best horizontal. Furthermore, the oscillating system 8 to 11 as a whole, and also together with its holder, is swiveled around the horizontal balance shaft 8 until, in the rest position of the balance 9, a vertical plane through the axis of the balance is next to the millings 12 and 13 in passed by a sufficient distance, d. H. the millings 12 and 13 does not meet. The first measurement position of the oscillating system 8 to 11 resulting in this way is shown in FIG. 1.
Considered in this first measurement position, the oscillation system 8 to 11 will now generally have considerable isochronism errors. Correspondingly, the associated oscillation frequencies are then measured at different oscillation amplitudes of the balance wheel 9. If you limit yourself to oscillation amplitudes that are less than 240 degrees, the result of these measurements is a curve 1, which is basically S-shaped, as shown in FIG. 7, which shows the dashed straight line 1 'in each case at an amplitude value of approx. 220 degrees cuts ..
Since, according to curve 1, the oscillation frequency decreases with increasing oscillation amplitude, in the first measurement position and with the balance wheel 9 stationary, a mass removal 14 must be carried out vertically below the balance shaft 8, as indicated in FIG. 2. With a given oscillation system 8 to 11, the size of the mass removal 14 is proportional to the greatest steepness of the curve 1, ie. H. proportional to the steepness which curve 1 has at its turning point.
Instead of the greatest steepness of curve 1, other characteristic data of curve 1, such as the ordinate difference between curve 1 and straight line 1 ', taken at a given amplitude value, can be used as a measure of the size of the mass removal 14 to be performed. In any case, curve 1 provides all the indications as to the location of the balance tire, ie. H. vertically above or below the axis of rotation of the balance, and how much mass has to be removed so that the optimum isochronism is achieved with regard to the first measurement position.
If the mass removal 14 has been carried out accordingly, for example by drilling, and if the oscillation frequency has recently been measured in this first measuring position (FIG. 2) as a function of the amplitude of the torsional oscillation of the balance wheel 9, line 2 in FIG. 7 will be obtained. If the line 2 is a straight line parallel to the abscissa, this means that the isochronism error with regard to the first measurement position according to FIGS. 1 and 2 has been eliminated. In the first measurement position, the oscillation frequency of the oscillation system has become independent of the oscillation amplitude.
As a result of the mass removal 14, the oscillation frequency has continued to approach the setpoint frequency; according to line 2, the oscillation system only runs for approx. 17.5 seconds per day. .
The oscillating system 8 to 11 is then brought into a second measuring position in which the balance shaft 8 is also best horizontal again. In this second measurement position, the vertical plane laid through the axis of the balance wheel should also not penetrate the millings 12 and 13 or the drilling 14. Such a measurement position is shown in FIG. 3 ″. As a comparison of FIGS. 2 and 3 reveals, the second measurement position according to FIG. 3 changes from the first measurement position according to FIGS. 1 and 2 by pivoting the oscillating system 90 degrees counterclockwise.
The displayed rest positions of the balance wheel 9 and the spiral block 11 illustrate this pivoting performed about the axis of the balance wheel. Of course, the holder in which the oscillating system 8 to 11 is mounted has also been swiveled accordingly. In this second measurement position, the oscillation frequency of the oscillation system 8 to 11 is now measured as a function of the oscillation amplitude and it is assumed that these measurements have resulted in curve 3 in FIG. 7. The pronounced S-shape of curve 3 indicates that in this second measurement position according to FIG. 3 the oscillation system 8 to 11 has a significant isochronism error.
Curve 3 now intersects straight line 2 at an amplitude value of approx. 220 degrees: The characteristic data of curve 3 in Fig. 7 now provide all the clues as to where and how much mass is to be removed from balance wheel 9, so that in the second measurement position according to FIG. 3, the optimal isochronism has recently been achieved. According to curve 3, the oscillation frequency increases with increasing oscillation amplitude; it is consequently with the balance wheel 9 stationary and in the second measuring position
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according to Fi. 3 considered, above the balance shaft 8, that is' best to remove mass at the point 15 according to FIG.
The size of the mass 15 to be removed is proportional, for example, to the slope taken at the turning point of curve 3. If this removal of mass has been carried out correctly, for example by drilling at the point 15 located vertically above the balance shaft 8, and if the oscillation frequency is then measured as a function of the amplitude of the torsional oscillation of the balance 9, line 4 in FIG. 7 is obtained. If the line 4 represents a straight line parallel to the abscissa, the isochronism error has also been eliminated for the second measurement position according to FIGS. 3 and 4.
Because of the removal of mass 15, the oscillation frequency has again approached the target frequency. According to the straight line 4 in FIG. 7, the oscillation system 8 to 11 only continues to run for about 12.5 seconds per day after the removal of mass 15. With the elimination of the isochronism error also in the last-mentioned second measurement position according to FIGS. 3 and 4, however, the optimum isochronism of the oscillating system 8 to 11 is now actually achieved.
The oscillation system 8 to 11 will now execute torsional oscillations at the same frequency in every spatial position of its balance shaft 8 and practically independently of the oscillation amplitude of its balance 9, this oscillation frequency deviating only slightly from the target frequency according to the line 4 in FIG. The oscillation system 8 to 11 can now be subjected to a fine adjustment, if necessary, in order to achieve an even better approximation of its oscillation frequency to the setpoint frequency. For this purpose, further mass removal is carried out at points symmetrical to the center of the ring of the balance wheel 9 so that the resulting center of gravity of this mass removal falls exactly into the axis of the balance wheel.
This last condition must be fulfilled, otherwise isochronism errors would arise again. It is easiest to drill two holes of exactly the same depth and diameter at two diametrically opposed points 16 and 17 according to FIG. 5, and these holes can be made at points on the balance wheel 9 that have not yet been machined.
If the holes 16 and 17 are drilled with a drill that has the same diameter as the drill that is used to produce the hole 15 for the purpose of eliminating the isochronism error with respect to the second measurement position (Fig. 4), one of the holes 16 can be used or 17 coincide with the hole 15, as FIG. 6 indicates. The hole 15 is then to carry out the fine adjustment simply to deepen the drilling depth of the hole 16, which is diametrically opposite.
Various simplifications are now possible in the practical implementation of the method described. First of all, measurements to determine the straight line 1 ′ after the millings 12, 13 have been completed are not required, since the position of the straight line 1 ′ is also given by its intersection with the curve 1. As mentioned above, this intersection is at approx. 220 degrees, more precisely at 219.6 degrees. After the pre-adjustment has been completed, the oscillating system 8 to 11 can thus be brought directly into the first measurement position according to FIG. 1 and curve 1 in FIG. 7 can be determined by measurements.
Since curve 1 already provides all the information to remove the mass at point 14 (FIG. 2) so that the isochronism error disappears in the first measurement position according to FIGS. 1 and 2, hole 14 only needs to be drilled with sufficient accuracy . There is no need for a measurement to determine straight line 2, since this would only result in actuation of the isochronism achieved with respect to the first measurement position according to FIGS. 1 and 2. After drilling the hole at point 14 (FIG. 2), the oscillating system 8 to 11 can thus be brought into the second measuring position according to FIG. 3 immediately.
In this second measurement position, curve 3 in FIG. 7 is now determined by measurement. The straight line 2, which was not previously determined, can now be determined by means of the curve 3, since the straight line 2 intersects the curve 3 at an amplitude value of also approx. 220 degrees. Curve 3 now again provides all the information needed to eliminate the isochronism error found by removing mass at point 15 (FIG. 4).
In addition, the position of curve 3 in the coordinate system of FIGS. 7-d. H. from the mean distance measured in the ordinate direction of curve 3 with respect to the abscissa - all information for the fine adjustment of the oscillation frequency of oscillation system 8 to 11, which may still be carried out, is also available. In the second measurement position of the oscillating system (Fig. 4 to 6), you can therefore remove the remaining isochronism error and fine-tune to the setpoint frequency in the same operation and drill holes 15 to 17 at the same time.
In this case, these bores will preferably be made at the points indicated in FIG. 6, whereby, according to the information obtained from curve 3, the two remaining holes 15 and 16 have to be made with different drilling depths as a rule. Under these circumstances, measurements to determine the straight line 4 in FIG. 7 are not necessary; At most, control measurements over the optimal isochronism achieved and the approximation of the oscillation frequency of the balanced oscillation system to the setpoint frequency that has been achieved need to be carried out.
To carry out the method it is not necessary to determine the full course of curves 1 and 3, as FIG. 7 illustrates. Rather, it is sufficient for the resulting oscillation frequency of the oscillation system 8 to 11 to be sufficiently far apart for two in each of the two measurement positions
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to measure horizontal vibration amplitudes. Two vibration amplitudes will preferably be selected for these measurements, one of which is approximately 220 degrees, while the other vibration amplitude can then be significantly lower, for example approximately 90 degrees.
However, it has proven to be useful if the measurements of the oscillation frequency also include those that result for the maximum and minimum value of the oscillation amplitude with which the adjusted oscillation system is to be operated after its installation in the clockwork.
In the method explained, the two measuring positions according to FIGS. 2 and 4 can also always be selected in such a way that the changes in mass 14 and 15 to be made to achieve optimal isochronism do not fall on points of the hoop of the balance wheel 9 at which one or another reason that editing is either not desired or not possible. If necessary, the two measuring positions themselves can be selected so that they are not exactly at right angles to one another as in FIGS. 2 and 4, but only approximately at right angles.
In this case, however, the optimal isochronism is also only reached approximately. The method according to the invention is thus capable of extensive modifications and for this reason can always be used. In addition, it should also be noted that the isochronism error is hereby eliminated component by component by mass changes for two measurement positions that are oriented in any way but are at right angles to one another.
The knowledge of the exact location of the imbalance, which is mainly responsible for the isochronism error after the pre-adjustment has been carried out, does not need to be known for this, in contrast to the previously usual methods.
Finally, the method according to experience can be used in a corresponding manner if the adjustment is not to be carried out by removing mass from the balance wheel 9, but also in whole or in part by adding mass or by changing the position of existing mass.