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Verfahren und Vorrichtung zum Auswuchten und Abstimmen von Schwingsystemen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten und Abstimmen von Schwingsystemen, die für, insbesondere tragbare, Uhren bestimmt sind und aus Unruh und Spiralfeder bestehen, bei dem das Schwingsystem ausserhalb des Uhrwerkes bei waagerechter Lage der Unruhwelle mit einer von 3,83 rad = 220 wesentlich abweichenden gleichbleibenden Amplitude schwingt und in mehreren voneinander verschiedenen Stellungen, die sich durch die Winkellage des Systems in bezug auf die Unruhwelle voneinander unterscheiden, der Gang oder die Schwingungsdauer des Systems gemessen und die gewonnenen Messwerte zur Steuerung von Werkzeugen benutzt werden,
die an der Unruh an mehreren gegeneinander versetzten Stellen so viel Material abtragen oder hinzufügen, dass die Unwucht nach Grösse und Richtung beseitigt und das Trägheitsmoment auf einen der Unruhfeder angepassten Wert gebracht wird.
Es ist bekannt, dass aus der Messung der Gänge eines Schwingsystems, das in mindestens drei voneinander verschiedene räumliche Stellungen gebracht worden ist, die Grössen ermittelt werden können, die zum quantitativen Auswuchten und zum Abstimmen des Systems benötigt werden. Ferner ist es bekannt, dass das Auswuchten und Abstimmen eines solchen Systems dadurch erfolgen kann, dass an mindestens drei gleichmässig auf den Umfang der Unruh verteilten Stellen Masseveränderungen vorgenommen werden. Diese Kenntnis ist jedoch ohne besondere praktische Bedeutung, weil die Beziehungen zwischen den gemessenen Schwingungsdauern bzw. Gängen und den sich daraus ergebenden Masseveränderungen zu kompliziert sind, um ein praktisch durchführbares Verfahren zu ergeben.
Soweit bisher praktisch durchführbare Verfahren zum Auswuchten und Abstimmen von Schwingsystemen bekanntgeworden sind, machen sie von den soeben erwähnten allgemeinen Beziehungen keinen Gebrauch. Es wird in der Literatur vielmehr ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Verwendung dieser Beziehungen für eine schnelle Auswertung viel zu umständlich ist. Bei einem bekannten Verfahren wird bei horizontaler Lage der Unruhwelle das Schwingsystem um diese Welle gedreht und während des Dreheis der Gang des Systems aufgezeichnet. Aus den Extremwerten der so gewonne Kurve lassen sich dann die Lage und die Grösse der Unwucht sowie die Abweichung des Träg- heitsmomentes von dem Sollwert ermitteln.
Mit Hilfe eines Werkzeuges wird dann auf dem Durchmesser der Unruh, auf dem die Unwucht des umabgeglichenen Systems liegt, so viel Material abgetragen, dass die Unwucht beseitigt wird. Zusätzkeh können, an. zwei gegenüberliegenden Stellen der Unruh weitere Massenveränderungen zur Abstimmung des Trägheitsmomentes vorgenommen werden.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Messung des Ganges bei sich kontinuierlich drehender Unruhwelle relativ kompliziert ist, weil dafür Sorge getragen werden russ, dass sich die Messstelle zusammen mit dem System dreht, und dass während des Dreheis, also während einer grösseren Zeitspanne, die Schwingungsamplitude der Unruh, konstant gehalten wird. Weiterhin ist von Nachteil, dass die Auswertung der gemessenen Werte besondere Operationen erfordert und endlich die Unruh zum Bearbeiten in eine sich aus den Messungen ergebende, bestimmte Lage gegen- über dem Werkzeug gebracht werden russ, die von System zu System verschieden ist.
Das bekannte Verfahren ist infolgedessen für einen serienmässigen Abgleich von Schwingsystemen für Uhren nur wenig geeignet.
Ein anderes bekanntes Verfahren beschränkt sich darauf, einen Abgleich des Systems für diejenige Stellung zu erzielen, die der normalen Gebrauchslage des Systems entspricht. Bei diesem bekannten Verfahren wird das System in die genannte Gebrauchslage gebracht, und es werden in dieser Lage die Schwingungsdauern bei verschiedenen Sdhwingungsamplituden gemessen.
Danach werden an der Unruh Massenänderungen vorgenommen, deren Schwerpunkt in der Vertikalebene liegt, die durch die Unruhwelle geht. Dieses Verfahren hat den wesentlichen Nachteil., dass ein genaues Auswuchten
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des Schwingsystems nicht möglich ist, sondern nur für eine bestimmte Lage ein Isochronismus erzielt wird. Dieses Verfahren ist infolgedessen nicht für solche Uhren geeignet, deren Betriebslage ständig wechselt, also beispielsweise für Armbanduhren.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird deshalb in der soeben geschilderten Weise ein zweiter Abgleich in einer Stellung des Systems gemacht, der sich von der ersten Stellung dadurch unterscheidet, dass das System um die Unruhwelle um 90 gedreht worden ist. In diesem Falle sind also zwei aufeinanderfolgende Abgleichvorgänge erforderlich, um das Schwingsystem auszuwuchten, und ein weiterer, um gegebenenfalls das Schwingsystem auch noch abzugleichen. Auch dieses Verfahren erscheint für ein Abstimmen der Schwingsysteme im Rahmen einer Serienfertigung wenig geeignet.
Den vorgenannten Verfahren ist gemeinsam, dass die Bearbeitung stets an der Stelle erfolgt, an der sich die Unwucht bzw. die zu beseitigende Unwuchtkomponente befindet, und dass das Abstimmen des Trägheitsmomentes ein vom Beseitigen der Unwucht prinzipiell getrennter Vorgang ist. Ausserdem ist bei den bekannten Verfahren die Auswertung der Messergebnisse zur Steuerung der Bearbeitungswerkzeuge schwierig oder zumindest zeitraubend, wenn Messkurven aufgenommen und graphisch ausgewertet werden.
Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden, und es wird ein Verfahren geschaffen, bei dem die erforderlichen Messungen in sehr einfacher Weise ausführbar sind und die Messergebnisse unmittelbar dazu benutzt werden können, die Bearbeitungswerkzeuge zu steuern. Das erfindungsgemässe Verfahren ist wegen seiner Einfachheit und des geringen apparativen Aufwandes, den es benötigt, ohne weiteres dazu geeignet, Schwingungssysteme serienmässig automatisch abzugleichen. Dabei macht sich die Erfindung die bisher von der Fachwelt als praktisch nicht verwendbar angesehene Tatsache zunutze, dass einerseits die Messung des Ganges des Schwingsystems in drei voneinander verschiedenen Stellungen genügt, um die für das Bearbeiten der Unruh erforderlichen Informationen zu erhalten,
und dass anderseits die Bearbeitung der Unruh an drei voneinander verschiedenen Stellen grundsätzlich genügt, um in einem gewissen Bereich die Unwucht des Systems zu beseitigen und das System auf eine gewünschte Schwingungdauer abzustimmen. Die Erfindung besteht darin, dass in drei um 120 versetzten Winkelstellungen des Systems die Abweichungen der tatsächlichen Schwingungsdauer des Systems von der Sollschwingungsdauer (Gänge G1, G2 und G3) gemessen und in den gleichen Winkelstellungen an der stillstehenden Unruh Massenänderungen vorgenommen wenden, die den gemessenen Gängen direkt proportional sind.
Die Einfachheit des erfindungsgemässen Verfahrens ergibt sich insbesondere daraus, dass es nicht erforderlich ist, das System in eine bestimmte Ausgangslage zu bringen, und dass aus nur drei sehr einfach durchzuführenden Messungen die vollständigen Informationen gewonnen werden, die sowohl zum Auswuchten als auch zum Abstimmen des Trägheitsmomentes erforderlich sind, wobei diese Informationen eine sehr einfache Steuerung der Werkzeuge zulassen, die in den gleichen Winkelstellungen angeordnet sind, in denen die Messungen durchgeführt werden. Irgendwelche zeitraubenden Arbeitsgänge zum Auswerten der Messungen oder komplizierte Rechenmaschinen werden dabei keineswegs benötigt.
Da eine direkte Proportio- nalität zwischen den gemessenen Gängen und den vorzunehmenden Massenänderungen besteht, genügen vielmehr einfache Potentiometer, Getriebe oder dergleichen, die es gestatten, die von der benutzten Vorrichtung und den Sollgrössen des Schwingungssystems abhängigen Pro- portionalitätsfaktonen einzustellen.
Bei einer Variante des erfindungsgemässen Verfahrens sind die in den Messstellungen vorzunehmenden Massenänderungen ml, m2 und ms durch die Gleichungen ml = A(G1 + G2 + G3) + B(- 2G1 + G2 + G3) m2 = A(G1 + G2 + G3) + B(G1 - 2G2 + G3) m3 = A(G1 + G2 + G3) + B(G1 + G2 - 2G3) bestimmt. In dem vorstehenden Gleichungssystem sind A und B Apparatekonstanten, die beispielsweise nach folgenden Gleichungen berechnet werden können:
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mit # = Trägheitsmoment der Unruh r = Abstand der Bearbeitungsstelle von der Achse der Unruh To = Sollschwingungsdauer des Systems ao = Schwingungsamplitude I1(ao) = Besselfunktion erster Art, erster Ordnung bei der Amplitude a" g = Erdbeschleunigung Es ist statt dessen aber auch möglich, die Konstanten A und B für eine bestimmte Vorrichtung und eine bestimmte Art abzugleichender Systeme empirisch zu ermitteln, indem zunächst ein auf andere Weise ausgewuchtetes System, das jedoch ein vom Sollwert abweichendes Trägheitsmoment aufweist, nach dem erfindungsgemässen Verfahren bearbeitet und dabei die Konstante A so lange variiert wird,
bis der Sollwert des Trägheitsmomentes erreicht ist. Dann wird bei einem weiteren System, das eine Unwucht aufweist, B so lange variiert, bis diese Unwucht verschwunden ist. Der Vorteil des oben angegebenen Gl'eichungssystems besteht darin, dass die beiden Konstanten A und B voneinander unabhängig einstellbar sind und die Konstante A nur die Massenänderungen bestimmt, die für das Verändern des Trägheitsmomentes verantwortlich sind, während die Konstante B nur auf das Auswuchten des Systems einen Einfluss hat.
Bei einer anderen Variante des erfindungsgemässen Verfahrens bestimmen sich die in denn Messstellungen vorzunehmenden MassenÜnderungen mi, m2 und m3 durch die Gleichungen ml = F (EGl + G2 + G3) m2 = F (GI + EG,- + G3) m3 = F (GI + G2 + EG3) Auch hier sind die Grössen E und F Apparatekonstanten.
Sie können entweder nach den Gleichungen
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in denen die einzelnen Zeichen wieder die oben angegebene Bedeutung haben, berechnet oder auch empirisch ermittelt werden. Die empirische Ermittlung der Konstanten E und F ist hier allerdings deshalb etwas schwieriger, weil diese Konstanten multikativ miteinander verknüpft sind. Zur empirischen Ermittlung der Konstanten E und F wird, ausgehend von einem beliebigen System, zunächst bei vorgegebenem F durch Variieren der Konstante E das System ausgewuchtet. Dies ist stets möglich, allerdings wird dabei nicht die Sollschwingungsdauer des Systems erzielt. Es muss vielmehr die Abweichung des Trägheitsmomentes vom Sollwert festgestellt werden.
Danach wird bei zu grossem Trägheitsmoment die Konstante F erhöht oder bei zu kleinem Trägheitsmoment die Konstante F vermindert und dann für den neuen Wert von F wiederum durch Variieren von E festgestellt, ob bei ausgewuchtetem System der Sollwert des Trägheitsmomentes erreicht worden ist. Diese Vorgänge müssen so lange wiederholt werden, bis die gewünschte Annäherung an die Sollwerte erreicht ist. Dieses Vorgehen erscheint zwar zunächst ziemlich umständlich, ist in der Praxis aber durchaus durchführbar, weil die gewonnenen Werte eine Interpolation zulassen, die sehr schnell zum Ziele führt.
Ausserdem liegen nach einiger Zeit für ein bestimmtes Gerät genug Erfahrungswerte vor, die es gestatten, schon bei der ersten Wahl der Konstanten E und F sehr nahe an den richtigen Wert heranzukommen. Es sind dann nur noch geringe Korrekturen dieser Werte erforderlich, um die Vorrichtung für eine neue Systemart einzurichten.
Nach einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform kann die Unruh in den drei Messstellungen nacheinander mit dem gleichen Werkzeug bearbeitet werden. Das System wird zu diesem Zweck nach dem Messen erneut nacheinander in seine verschiedenen Messstellun- gen gebracht, so dass auch die entsprechenden Bearbeitungsstellen nacheinander in den Bereich des feststehenden Werkzeuges gebracht werden. Dies hat den Vorteil, dass der apparative Aufwand zur Durchführung des Verfahrens relativ klein gehalten werden kann und ausserdem kleine Fehler eliminiert werden, die dadurch entstehen, dass die drei Messstellungen sich nicht genau um 120 voneinander unterscheiden. Dem steht jedoch der Nachteil einer relativ hohen Bearbeitungszeit und der Notwendigkeit gegenüber, die Messwerte zu speichern.
Wenn es auf eine sehr schnelle Bearbeitung des Systems ankommt, ist es daher zweckmässiger, nach dem Messen die Unruh an den verschiedenen, den Messstellungen entsprechenden Bearbeitungsstellen zugleich mit einer entsprechenden Anzahl von Werkzeugen zu bearbeiten. Bei beiden Varianten des erfindungsgemässen Verfahrens ist es möglich, das System mehrmals zu korrigieren und dabei die den verschiedenen Korrekturen zugeordneten Mess- und Bearbeitungsstellen gegeneinander zu versetzen, so dass alle Mess- und Bearbeitungsvorgänge in voneinander verschiedenen Stellungen erfolgen.
Das Patent betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Vorrichtung weist zur Messung des Ganges eines Schwingsystems Impulsgeber und Zählwerke auf, welche die Differenz zwischen der Anzahl der zwischen zwei Mess- durchgängen erzeugten Impulse und der der Sollschwingungsdauer zugeordneten Anzahl von Impulsen feststellen, und dass Mittel vorgesehen sind, um den Vorschub von spanabhebenden Werkzeugen proportional zur Anzahl der Differenzimpulse zu steuern.
Dies ist möglich, weil die Anzahl der Differenzimpulse den gemessenen Gängen proportional ist und weil anderseits die mit Hilfe eines spanabhebenden Werkzeuges erzielte Verminderung der Masse dem Vorschub des Werkzeuges proportional ist, sofern die Grösse der bearbeiteten Fläche beim Vorschieben des Werkzeuges konstant bleibt, wie es beispielsweise bei Artwendung eines Bohrers der Fall ist.
Zur Übertragung der durch die Anzahl der Differenzimpulse gegebenen zeitlichen Grösse in eine lineare Verschiebung eignen sich insbesondere Schrittschaltmotore. So können beispielsweise jeder Bearbeitungsstelle so viel Schrittschaltmotore zugeordnet werden, wie Messstellen vorhanden sind, so dass jedem der Schrittschaltmotore die Impulse von einer bestimmten Mess- stelle zugeführt werden. Da jedoch die von den Motoren ausgeführten Schaltschritte addiert werden müssen, ist es auch möglich, jeder Bearbeitungsstelle nur zwei die Eindringtiefe des Werkzeuges bestimmende Schrittschaltmotore zuzuordnen, von denen der eine von den mit der einen Konstanten A oder F verknüpften Gangimpulsen und der andere von den mit der anderen Konstanten B bzw. EF verknüpften Gangimpulsen gesteuert wird.
Diese Schrittschaltmotore sind dann zur Ausführung von verschieden langen, durch die Grössen der Konstanten bestimmten Schritten pro Impuls der entsprechenden Messstelle ausgebildet. Es können aber auch zur Anpassung der Länge der Vorschubschritte an die Konstanten den Schrittschaltmotoren Getriebe mit stufenlos veränderbarer Übersetzung nachgeschaltet sein.
Es können aber auch den Bearbeitungsstellen andersartige, die Eindringtiefe des Werkzeuges bestimmende Einrichtungen zugeordnet sein, die mit Hilfe von der Anzahl der Gangimpulse proportionalen Spannungen steuerbar sind. Die von den Konstanten bestimmten Proportionalitätsfaktoren können dann beispielsweise durch Potentiometer eingestellt werden.
Eine besonders zweckmässige Ausbildung des Erfindungsgegenstandes wird dadurch erzielt, dass von, den Impulsen nicht die Werkzeuge selbst, sondern Anschläge gesteuert werden, welche die Eindringtiefe der Werkzeuge begrenzen. Auch diese Massnahme dient dazu, die Vorrichtung besonders einfach zu gestalten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
Die Zeichnung zeigt die schematische, teilweise nach Art eines Blockschaltbildes ausgeführte Darstellung einer Vorrichtung zum Auswuchten. und Abstimmen von Schwingsystemen, die aus Unruh und Spiralfeder bestehen.
Die in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung weist eine nur schematisch ange- deutete Halterung 1 für das Schwingsystem auf, von dem nur die Unruh 2 dargestellt ist. Die Halterung 1 ist um eine horizontale Achse verschwenkbar, die mit der Welle 3 der Unruh 2 zusammenfällt.
Die Halterung 1 ist in drei voneinander verschiedenen Winkelstellungen arretierbar, die einen Abstand von 120 voneinander haben. Abgesehen, von der Achsgleichheit kann das Schwingsystem in bezug auf die Halterung 1 eine beliebige Stellung haben.
Es sei angenommen, dass ein: Schwingsystem mit der Unruh 2 auf der Halterung 1 befestigt ist und sich diese Halterung in einer ihrer Raststellungen befindet. Die Unruh 2 hat bei dieser Stellung der Platine 1 eine gewisse Ruhelage, in der von der Unruhfeder auf die Unruh keine Kraft ausgeübt wird. Die Unruh befindet
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sich nun in der ersten Messstellung, und die dieser Messstellung Messstellung zugeordnete Bearbeitungsstelle befindet sich senkrecht unterhalb der Unruhwelle 3.
Nun wird die Unruh um einen bestimmten Winkel a0, und zwar bei diesem Ausführungsbeispiel um 90 , aus ihrer Ruhestellung ausgelenkt und dann freigegeben. Mit einer bei 4 angedeuteten lichtelektrischen Einrichtung werden bei zwei aufeinanderfolgenden Vorbeigängen einer gewissen Stelle der Unruh, vorzugsweise dem ersten und dem dritten Vorbeigang, Steuerimpulse ausgelöst, von denen der erste einen Impulsgeber 5 anstösst und der zweite wieder stillsetzt. In dem Impulsgeber wird eine vom Gang des Schwingungssystems, also von der Abweichung der tatsächlichen Schwingungsdauer des Systems von der Sollschwingungsdauer abhängige Anzahl Z (G) von Impulsen erzeugt. Dies geschieht hier auf einfache Weise dadurch, dass von der Impulszahl, die der tatsächlichen Schwingung dauer entspricht, die Impulszahl abgezogen wird, die der Sollschwingungsdauer entspricht.
Diese der Sollschwingdauer entsprechende Impulszahl wird auf eine beliebige, an sich bekannte Weise in den Impulsgeber eingegeben.
Die vom Impulsgeber 5 erzeugte Impulszahl Z(G) wird dazu benutzt, um Schrittschaltmotore 6 zu steuern, von denen je zwei den drei Bearbeitungsstellen zugeordnet sind. Diese Bearbeitungsstellen sind im Abstand von l20 längs des Umfanges der Unruh 2 angeordnet. Eine von ihnen befindet sich senkrecht unterhalb der Unruhwelle 3. An die Schrittschaltmotore 6 sind Getriebe 7 mit stetig veränderbarer Übersetzung argeschlossen, von denen wiederum die beiden je einer Bearbeitungsstelle zugeordneten Getriebe auf ein gemeinsames Summengetriebe 8 einwirken.
An jedes der Summengetriebe 8 ist eine Steuerkurve 9 angeschlossen. Die Steuerkurven werden entsprechend den vom Impulsgeber 5 gelieferten Impulszahlen Z(G) und den eingestellten Übersetzungen der Getriebe 7 gedreht und bestimmen durch ihre Stellung die Stellung vorn Anschlägen 10, die ihrerseits die Eindringtiefe von Bohrwerkzeugen 11 beim Einbohren von Löchern 12 in die Unruh 2 begrenzen. Die Bohrwerkzeuge 11 werden nach ihrer Freigabe durch die im wesentlichen konstante Kraft einer nicht näher dargestellten Feder in Richtung auf die Unruh 2 gedrückt.
Nachdem die Messung in der ersten Messstellung in der oben beschriebenen Weise ausgeführt und die daraus resultierenden Impulse Z(G1) den entsprechenden Schrittschaltmotoren 6 zugeführt worden sind, wird die Halterung 1 mit der Unruh 2 um 120 verschwenkt und in der neuen Messstellung die oben beschriebene Messung wiederholt. Die dieser Messstellung entsprechende Bearbeitungsstelle befindet sich bei stillstehender Unruh 2 wieder senkrecht unterhalb der Unruhwelle 3, während die der ersten Messstellung entsprechende Bearbeitungsstelle um 120 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt worden ist. Auch hier werden wieder die dem Gang in dieser Stellung entsprechenden Impulse Z(G2) den Schrittschaltmotoren 6 zugeführt, wodurch in der oben beschriebenen Weise eine weitere Verstellung der Anschläge 10 bewirkt wird.
Danach wird die Halterung 1 erneut entgegen dem Uhrzeigersinne um 120 verschwenkt und in dieser neuen Messstellung der Gang des Schwingsystems gemessen. Die sich hieraus ergebende Impulszahl Z(G3) wird wiederum den Schrittschaltmotoren 6 zugeführt, die eine entsprechende Verstellung der Anschläge 10 bewirken. Nach der Durchführung dieser drei Messungen nimmt die Unruh 2 die Stellung ein, die in der Zeichnung dargestellt ist. Die der dritten Messstellung entsprechende Bearbeitungsstelle L3 befindet sich senkrecht unterhalb der Unruhwelle 3, während die der zweiten Messstellung entsprechende Bearbeitungsstelle L2 demgegenüber im Uhrzeigersinn um 120 und die der ersten Messstellung entsprechende Bearbeitungsstelle L1 gegenüber der Ausgangsstellung der Unruh um 240 im Uhrzeigersinn ver- schwenkt ist.
Diesen Bearbeitungsstellen L1 bis L3 sind die Bohrwerkzeuge 11 gegenüberstehend angeordnet. Diese Bohrwerkzeuge werden mit Hilfe der verstellbaren Anschläge 10 so gesteuert, dass sie an den Bearbeitungsstellen L1, L2 und L3 die Massen ml, m2 und m3 abtragen, die durch die Gleichungen m1=A(G1+G2+G3)+B(-2G1+G2+G3) m2 = A(G1 + G2 + G3) + B(G1 - 2G2 + G3) m3 = A(G1 + G2 + G3) + B(G1 + G2 - 2G3) gegeben sind. Um diese Gleichungen zu erfüllen, werden die in den drei Messstellungen ermittelten, den Gängen G1, G2 und G3 entsprechenden Impulse der Zahl Z(G1), Z(G2) und Z(G3) den Schrittschaltmotoren M1A, M2A und M3A der drei Bearbeitungsstellen direkt zugeführt. Diese Schrittschaltmotore führen also in gleicher Weise eine Anzahl von Schaltschritten aus, die der Summe der gemessenen Gänge entspricht.
Diesen Schrittschaltmotoren ist jeweils das variable Getriebe Va nachgeschaltet, dessen Übersetzungsverhältnis so eingestellt ist, dass es der Konstanten A der obigen Gleichung entspricht. Durch die Schrittschaltmotore M1A in Verbindung mit den Getrieben VA ist also der erste Summand auf der rechten Seite der obigen Gleichungen verwirklicht.
In dem zweiten der jeder Bearbeitungsstelle zugeordneten Schrittschaltmotore M1r, M2B und M3B werden die Impulse Z(G1), Z(G2) und Z(G3) nach dem durch die obigen Gleichungen bestimmten Schema zum Teil direkt und zum Teil über ein Vorschaltglied 13 zugeführt, das dafür Sorge trägt, dass der zugeordnete Schrittschaltmotor doppelt soviel Schritte ausführt, wie Impulse in das Glied 13 gelangen, und dass diese Schritte in entgegengesetzter Richtung erfolgen wie die auf Grund direkt zugeführter Impulse ausgeführten Schritte. Zur richtigen Verteilung der Impulse sind den Schrittschaltmotoren M1B, M2B und M3B sowie den ihnen zugeordneten Schaltgliedern 13 Wählschalter 14 zugeordnet, die mit der Halterung 1 für das Schwingsystem gekoppelt sind und zusammen mit diesem verschwenkt werden.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, werden die in der dritten Messstellung ermittelten Impulse Z(G3) dem der dritten Bearbeitungsstelle zugeordneten Schrittschaltmotore M3B entsprechend der Stellung des Schalters W3 über das Vorschalbglied 13 zugeführt, während die Schalter W1 und W2 eine direkte Verbindung zwischen dem Impulsgeber 5 und den Schritbschaltmotoren M1$ und AB herstellen. Die Zeichnung lässt ferner erkennen, dass die Schalter W1 und W2,
deren drehbarer Mittelabgriff ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt wird, in der ersten Messstellung dem Schrittschaltmotor MIB und in dem zweiten Messstellung dem Schrittschaltmotor M2$ das zusätzliche Glied 13 vorschalten und jeweils zu den entsprechenden Schrittschaltmotoren der anderen Bearbeitungsstellen eine direkte Verbindung hens@tellen. Das diesen Motoren nachgeschaltete Getriebe VB hat eine Übersetzung, die der Konstanten B der obigen Gleichungen entspricht,
so dass durch die Vereinigung
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der Schrittschaltmotore M1B, M2B und M3B in Verbindung mit den Vorschaltgliedern 13 und den Wähl- schaltern 14 sowie den nachgeschalteten Getrieben VB der zweite Summand der obigen Gleichungen verwirklicht ist. Die Summe aus diesen beiden Gliedern wird in den Summengetrieben S1, S2 und S3 der Bearbeitungs- ste l len erzielt.
Wie bereits erwähnt, sind an den Ausgangswellen der Summengetriebe 8 die Steuerkurven 9 befestigt, an denen die Arme 15 der beispielsweise mit Hilfe von Stangen 16 in Gleitlagern 17 geführten Anschläge 10 beispielsweise unter Federdruck anliegen.
Nach der Ausführung der letzten Messung nehmen die Anschläge 10 also solche Stellungen ein, dass mit Hilfe der Bohrer 11, die bisher in einer Ruhestellung gehalten waren und nun zum Vorlaufen bis an die Anschläge 10 freigegeben werden, durch Bohren der Löcher 12 die Massen entfernt werden können, die zu einem vollständigen Auswuchten und Abgleichen des Trägheitsmomentes der Unruh erforderlich sind.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel macht deutlich, dass mit relativ geringem apparativem Aufwand das Auswuchten und Abgleichen eines Schwingsystems unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgen kann. Dieses Verfahren und die zu seiner Anwendung geeigneten Vorrichtungen machen es möglich, Schwingsysteme serienmässig und sogar automatisch abzugleichen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Sowohl die Vorrichtungen zum Messen des Ganges als auch die Vorrichtungen zum Bewirken des Werkzeugvorschubes können auf eine andere Weise ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, nur an einer Stelle ein Bearbeitungswerkzeug vorzusehen und die Unruh, nachdem sie in ihre drei Messstellungen gebracht worden ist, ein zweites Mal in diese Messstellungen zu bringen, um in diesen Messstellungen die Bearbeitung vorzunehmen.
Während die radial zur Unruh gerichtete Anordnung der Werkzeuge, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, dann besonders zweckmässig ist, wenn die Bearbeitung an den drei Stellen zugleich erfolgen soll, kann bei Anwendung nur eines Werkzeuges die Bearbeitung auch parallel zur Welle der Unruh erfolgen. Es wäre natürlich auch möglich, statt mit Hilfe von spanabhebenden Werkzeugen Masse zu entfernen, an entsprechenden Stellen Masse hinzuzufügen.
Es sei auch noch erwähnt, dass es für den Aufbau einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dienenden Vorrichtung im wesentlichen unerheblich ist, ob das Gleichungssystem mit den Konstanten A und B oder das Gleichungssystem mit den Konstanten E und F Anwendung findet. Die Anwendung des einen oder des anderen Gleichungssystems wirkt sich im wesentlichen nur auf die Verteilung der Impulse der in den einzelnen Stellungen gemessenen Gänge auf die einzelnen Schrittschaltmotoren oder andere Verstellein- richturigen aus.
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Method and device for balancing and tuning oscillating systems The invention relates to a method for balancing and tuning oscillating systems, which are intended for, in particular portable, watches and consist of a balance wheel and spiral spring, in which the oscillation system is outside the movement when the balance shaft is in a horizontal position a constant amplitude that differs significantly from 3.83 rad = 220 oscillates and in several different positions that differ from one another due to the angular position of the system in relation to the balance shaft, the rate or the period of oscillation of the system is measured and the measured values obtained for controlling Tools are used
which remove or add so much material on the balance at several offset points that the unbalance is eliminated in terms of size and direction and the moment of inertia is brought to a value that is adapted to the balance spring.
It is known that the parameters required for quantitative balancing and for tuning the system can be determined from the measurement of the gears of an oscillating system that has been brought into at least three different spatial positions. It is also known that the balancing and tuning of such a system can be done by making changes in mass at at least three points evenly distributed over the circumference of the balance wheel. However, this knowledge is of no particular practical importance, because the relationships between the measured oscillation periods or gears and the resulting changes in mass are too complicated to result in a practically feasible method.
To the extent that previously practicable methods for balancing and tuning oscillating systems have become known, they do not make use of the general relationships just mentioned. Rather, it is expressly pointed out in the literature that using these relationships for a quick evaluation is much too cumbersome. In a known method, when the balance shaft is in a horizontal position, the oscillating system is rotated about this shaft and the course of the system is recorded during the rotation. The position and size of the imbalance and the deviation of the moment of inertia from the nominal value can then be determined from the extreme values of the curve obtained in this way.
With the help of a tool, so much material is removed from the diameter of the balance on which the unbalance of the rebalanced system lies that the unbalance is eliminated. You can add. two opposite points of the balance further mass changes can be made to adjust the moment of inertia.
This method has the disadvantage that the measurement of the gear with a continuously rotating balance shaft is relatively complicated, because care must be taken that the measuring point rotates together with the system, and that during the rotating ice, i.e. during a longer period of time, the Oscillation amplitude of the balance wheel, is kept constant. A further disadvantage is that the evaluation of the measured values requires special operations and finally the balance wheel for machining is brought into a specific position relative to the tool resulting from the measurements, which differs from system to system.
As a result, the known method is not very suitable for a serial calibration of oscillating systems for watches.
Another known method is limited to achieving an adjustment of the system for that position which corresponds to the normal position of use of the system. In this known method, the system is brought into the stated position of use, and in this position the periods of oscillation are measured at various oscillation amplitudes.
Then mass changes are made to the balance, the center of gravity lies in the vertical plane that goes through the balance shaft. This method has the major disadvantage that precise balancing
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of the oscillation system is not possible, but an isochronism is only achieved for a certain position. As a result, this method is not suitable for watches whose operating position changes constantly, for example for wristwatches.
In a further known method, a second adjustment is therefore made in the manner just described in a position of the system which differs from the first position in that the system has been rotated 90 about the balance shaft. In this case, two successive balancing processes are required in order to balance the oscillating system and a further one in order to adjust the oscillating system if necessary. This method also appears to be unsuitable for tuning the oscillating systems in the context of series production.
The aforementioned methods have in common that the processing always takes place at the point at which the unbalance or the unbalance component to be eliminated is located, and that the adjustment of the moment of inertia is in principle a separate process from eliminating the unbalance. In addition, with the known methods, the evaluation of the measurement results for controlling the machining tools is difficult or at least time-consuming if measurement curves are recorded and graphically evaluated.
The invention avoids the disadvantages of the known methods and creates a method in which the required measurements can be carried out in a very simple manner and the measurement results can be used directly to control the machining tools. Because of its simplicity and the low outlay on equipment that it requires, the method according to the invention is readily suitable for automatically adjusting vibration systems in series. In doing so, the invention makes use of the fact, previously regarded as practically unusable by experts, that on the one hand measuring the rate of the oscillating system in three mutually different positions is sufficient in order to obtain the information required for processing the balance,
and that on the other hand, machining the balance at three different points is basically sufficient to eliminate the imbalance of the system in a certain area and to adjust the system to a desired oscillation period. The invention consists in the fact that in three angular positions of the system offset by 120 the deviations of the actual period of oscillation of the system from the nominal period of oscillation (gears G1, G2 and G3) are measured and mass changes are made in the same angular positions on the stationary balance wheel, which change the gears measured are directly proportional.
The simplicity of the method according to the invention results in particular from the fact that it is not necessary to bring the system into a specific starting position and that the complete information required for balancing as well as for adjusting the moment of inertia can be obtained from just three measurements that are very easy to carry out are required, this information allowing a very simple control of the tools, which are arranged in the same angular positions in which the measurements are carried out. Any time-consuming work steps for evaluating the measurements or complicated calculating machines are by no means required.
Since there is direct proportionality between the measured gears and the mass changes to be made, simple potentiometers, gears or the like that allow the proportionality factors dependent on the device used and the setpoint values of the oscillation system to be set are sufficient.
In a variant of the method according to the invention, the mass changes ml, m2 and ms to be made in the measuring positions are given by the equations ml = A (G1 + G2 + G3) + B (-2G1 + G2 + G3) m2 = A (G1 + G2 + G3 ) + B (G1 - 2G2 + G3) m3 = A (G1 + G2 + G3) + B (G1 + G2 - 2G3). In the above system of equations, A and B are apparatus constants that can be calculated, for example, using the following equations:
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with # = moment of inertia of the balance wheel r = distance of the processing point from the axis of the balance wheel To = nominal period of oscillation of the system ao = oscillation amplitude I1 (ao) = Bessel function of the first kind, first order at the amplitude a "g = acceleration due to gravity It is also possible instead to empirically determine the constants A and B for a certain device and a certain type of system to be adjusted by first processing a system that has been balanced in a different way, but which has a moment of inertia deviating from the nominal value, according to the method according to the invention and the constant A for so long is varied,
until the target value of the moment of inertia is reached. Then, in a further system that has an imbalance, B is varied until this imbalance has disappeared. The advantage of the above equation system is that the two constants A and B can be set independently of each other and the constant A only determines the changes in mass that are responsible for changing the moment of inertia, while the constant B only affects the balancing of the system has an impact.
In another variant of the method according to the invention, the mass changes mi, m2 and m3 to be made in the measurement positions are determined by the equations ml = F (EG1 + G2 + G3) m2 = F (GI + EG, - + G3) m3 = F (GI + G2 + EG3) Here, too, the variables E and F are apparatus constants.
You can either follow the equations
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in which the individual characters again have the meaning given above, calculated or also determined empirically. The empirical determination of the constants E and F is somewhat more difficult here because these constants are linked to one another in a multicative manner. For the empirical determination of the constants E and F, starting with any system, the system is initially balanced with a given F by varying the constant E. This is always possible, but the system does not achieve the set period of oscillation. Rather, the deviation of the moment of inertia from the nominal value must be determined.
Thereafter, if the moment of inertia is too high, the constant F is increased or if the moment of inertia is too small, the constant F is reduced, and then again by varying E to determine whether the target value of the moment of inertia has been reached with a balanced system. These processes must be repeated until the desired approximation to the setpoints is achieved. This procedure appears to be rather cumbersome at first, but it is quite feasible in practice because the values obtained allow an interpolation that leads to the goal very quickly.
In addition, after some time, enough empirical values are available for a specific device that allow you to get very close to the correct value when you first select the constants E and F. Only minor corrections to these values are then required in order to set up the device for a new type of system.
According to a further preferred embodiment, the balance can be machined in the three measuring positions one after the other with the same tool. For this purpose, after the measurement, the system is again brought into its various measuring positions one after the other, so that the corresponding processing points are also brought into the area of the stationary tool one after the other. This has the advantage that the outlay on equipment for carrying out the method can be kept relatively small and, in addition, small errors are eliminated that arise because the three measurement positions do not differ from one another by exactly 120. However, this is offset by the disadvantage of a relatively long processing time and the need to save the measured values.
If very fast processing of the system is important, it is therefore more expedient, after the measurement, to process the balance wheel at the various processing points corresponding to the measurement positions at the same time with a corresponding number of tools. With both variants of the method according to the invention, it is possible to correct the system several times and to offset the measuring and processing points assigned to the various corrections with respect to one another, so that all measuring and processing operations take place in mutually different positions.
The patent also relates to a device for carrying out the method according to the invention. The device has pulse generators and counters for measuring the rate of a vibration system, which determine the difference between the number of pulses generated between two measurement passes and the number of pulses assigned to the set period of vibration, and that means are provided for the advance of cutting tools proportional to the number of differential pulses.
This is possible because the number of differential pulses is proportional to the measured gears and because, on the other hand, the reduction in mass achieved with the aid of a cutting tool is proportional to the advance of the tool, provided the size of the machined surface remains constant when the tool is advanced, as is the case, for example is the case when turning a drill bit.
Stepping motors are particularly suitable for transferring the time value given by the number of differential pulses into a linear shift. For example, as many stepping motors can be assigned to each processing point as there are measuring points, so that the pulses from a specific measuring point are fed to each of the stepping motors. However, since the switching steps performed by the motors have to be added, it is also possible to assign only two stepping motors that determine the penetration depth of the tool to each processing point, one of which is linked to the one constant A or F and the other of the the other constants B or EF linked gait pulses is controlled.
These stepping motors are then designed to carry out steps of different lengths, determined by the sizes of the constants, per pulse of the corresponding measuring point. In order to adapt the length of the feed steps to the constants, however, gears with continuously variable transmission can also be connected downstream of the stepping motors.
However, different types of devices which determine the depth of penetration of the tool and which can be controlled with the aid of voltages proportional to the number of gear pulses can also be assigned to the processing points. The proportionality factors determined by the constants can then be set, for example, by potentiometers.
A particularly expedient embodiment of the subject matter of the invention is achieved in that the impulses do not control the tools themselves, but stops which limit the depth of penetration of the tools. This measure also serves to make the device particularly simple.
The invention is described and explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing.
The drawing shows the schematic representation of a device for balancing, partly executed in the manner of a block diagram. and tuning of oscillating systems consisting of balance wheel and spiral spring.
The device shown as an exemplary embodiment in the drawing has a holder 1, indicated only schematically, for the oscillating system, of which only the balance wheel 2 is shown. The holder 1 can be pivoted about a horizontal axis which coincides with the shaft 3 of the balance wheel 2.
The holder 1 can be locked in three different angular positions which are 120 apart from one another. Apart from the equality of axes, the oscillating system can have any position with respect to the holder 1.
It is assumed that an oscillating system with the balance 2 is attached to the holder 1 and that this holder is in one of its locking positions. In this position of the plate 1, the balance wheel 2 has a certain rest position in which no force is exerted on the balance wheel by the balance spring. The balance is in place
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is now in the first measuring position, and the processing point assigned to this measuring position is located vertically below the balance shaft 3.
The balance wheel is now deflected from its rest position by a certain angle a0, namely by 90 in this exemplary embodiment, and then released. With a photoelectric device indicated at 4, control pulses are triggered on two successive passages of a certain point of the balance, preferably the first and third pass, of which the first triggers a pulse generator 5 and the second stops again. A number Z (G) of pulses is generated in the pulse generator that is dependent on the rate of the oscillation system, that is to say on the deviation of the actual oscillation period of the system from the target oscillation period. This is done here in a simple manner by subtracting the number of pulses that corresponds to the target oscillation duration from the number of pulses that corresponds to the actual oscillation duration.
This number of pulses corresponding to the nominal oscillation period is input into the pulse generator in any known manner.
The pulse number Z (G) generated by the pulse generator 5 is used to control stepping motors 6, two of which are assigned to the three processing stations. These processing points are arranged at a distance of l20 along the circumference of the balance wheel 2. One of them is located vertically below the balance shaft 3. Gears 7 with continuously variable translation are connected to the stepping motors 6, of which the two gears each assigned to a processing point act on a common summation gear 8.
A control cam 9 is connected to each of the summation gears 8. The control cams are rotated according to the pulse numbers Z (G) supplied by the pulse generator 5 and the set ratios of the gears 7 and, through their position, determine the position of the stops 10, which in turn limit the penetration depth of drilling tools 11 when drilling holes 12 in the balance wheel 2 . After their release, the drilling tools 11 are pressed in the direction of the balance wheel 2 by the essentially constant force of a spring (not shown in detail).
After the measurement in the first measurement position has been carried out in the manner described above and the resulting pulses Z (G1) have been fed to the corresponding stepper motors 6, the holder 1 with the balance 2 is swiveled by 120 and in the new measurement position the measurement described above repeated. The processing point corresponding to this measurement position is again vertically below the balance shaft 3 when the balance 2 is stationary, while the processing point corresponding to the first measurement position has been pivoted by 120 in the counterclockwise direction. Here, too, the pulses Z (G2) corresponding to the gear in this position are fed to the stepping motors 6, whereby a further adjustment of the stops 10 is effected in the manner described above.
Then the holder 1 is pivoted again counterclockwise by 120 and measured in this new measuring position of the oscillation system. The number of pulses Z (G3) resulting therefrom is in turn fed to the stepping motors 6, which cause a corresponding adjustment of the stops 10. After these three measurements have been carried out, the balance wheel 2 assumes the position shown in the drawing. The processing point L3 corresponding to the third measurement position is located vertically below the balance shaft 3, while the processing point L2 corresponding to the second measurement position is pivoted clockwise by 120 and the processing point L1 corresponding to the first measurement position is pivoted clockwise from the initial position of the balance by 240.
The drilling tools 11 are arranged opposite these machining points L1 to L3. These drilling tools are controlled with the aid of the adjustable stops 10 in such a way that they remove the masses ml, m2 and m3 at the machining points L1, L2 and L3, which are determined by the equations m1 = A (G1 + G2 + G3) + B (-2G1 + G2 + G3) m2 = A (G1 + G2 + G3) + B (G1 - 2G2 + G3) m3 = A (G1 + G2 + G3) + B (G1 + G2 - 2G3) are given. In order to fulfill these equations, the pulses of the number Z (G1), Z (G2) and Z (G3) determined in the three measuring positions and corresponding to the gears G1, G2 and G3 are sent directly to the stepping motors M1A, M2A and M3A of the three processing stations fed. These stepping motors thus execute a number of switching steps in the same way, which corresponds to the sum of the gears measured.
These stepping motors are each followed by the variable gear Va, the transmission ratio of which is set so that it corresponds to the constant A of the above equation. The stepping motors M1A in connection with the gearboxes VA thus realize the first summand on the right-hand side of the above equations.
In the second of the stepping motors M1r, M2B and M3B assigned to each processing point, the pulses Z (G1), Z (G2) and Z (G3) are fed partly directly and partly via a series element 13 according to the scheme determined by the above equations, this ensures that the assigned stepping motor carries out twice as many steps as the number of impulses entering the element 13, and that these steps take place in the opposite direction as the steps carried out on the basis of directly supplied impulses. For the correct distribution of the pulses, the stepping motors M1B, M2B and M3B and their associated switching elements 13 are assigned selector switches 14 which are coupled to the holder 1 for the oscillating system and are pivoted together with it.
As can be seen from the drawing, the pulses Z (G3) determined in the third measuring position are fed to the stepping motor M3B assigned to the third processing point in accordance with the position of the switch W3 via the adapter 13, while the switches W1 and W2 provide a direct connection between the pulse generator 5 and make the stepping motors M1 $ and AB. The drawing also shows that switches W1 and W2,
whose rotatable center tap is also moved counterclockwise, the stepping motor MIB in the first measuring position and the stepping motor M2 $ in the second measuring position, the additional link 13 and making a direct connection to the corresponding stepping motors of the other processing stations. The gear VB downstream of these motors has a gear ratio that corresponds to the constant B of the above equations,
so that by association
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the stepping motors M1B, M2B and M3B in connection with the series elements 13 and the selector switches 14 as well as the downstream gears VB the second summand of the above equations is realized. The sum of these two elements is achieved in the summation gears S1, S2 and S3 of the processing stations.
As already mentioned, the control cams 9 are attached to the output shafts of the summation gears 8, against which the arms 15 of the stops 10, guided for example with the help of rods 16 in slide bearings 17, rest, for example under spring pressure.
After the last measurement has been carried out, the stops 10 assume such positions that the masses are removed by drilling the holes 12 with the aid of the drills 11, which were previously held in a rest position and are now released to advance to the stops 10 that are necessary for a complete balancing and adjustment of the moment of inertia of the balance wheel.
The exemplary embodiment described above makes it clear that the balancing and balancing of an oscillating system can be carried out using the method according to the invention with relatively little expenditure on equipment. This method and the devices suitable for its application make it possible to calibrate oscillating systems in series and even automatically.
It goes without saying that the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown. Both the devices for measuring the gear and the devices for effecting the tool advance can be designed in a different way. In particular, it is possible to provide a machining tool only at one point and, after it has been brought into its three measuring positions, to bring the balance wheel into these measuring positions a second time in order to carry out machining in these measuring positions.
While the radial arrangement of the tools in relation to the balance wheel, as shown in the drawing, is particularly useful if machining is to be carried out at the three points at the same time, if only one tool is used, machining can also be carried out parallel to the shaft of the balance wheel. It would of course also be possible, instead of removing mass with the aid of cutting tools, to add mass at appropriate points.
It should also be mentioned that for the construction of a device serving to carry out the method according to the invention it is essentially irrelevant whether the system of equations with the constants A and B or the system of equations with the constants E and F is used. The application of one or the other system of equations essentially only affects the distribution of the impulses of the gears measured in the individual positions on the individual stepping motors or other adjusting devices.