Uhrenzugfeder
Die Erfindung bezieht sich auf eine in Uhrenfedergehäusen einzusetzende Uhrenzugfeder mit verbesserten Eigenschaften.
Bei bisher bekannten Uhfenfedern beobachtet man, dass diese Federn, wenn sie sich nach dem vollständigen Aufziehen zu entspannen beginnen, einen plötzlichen Anstieg des von ihnen abgegebenen Drehmoments aufweisen, welchem dann ein mehr oder weniger rascher Abfall des Drehmoments auf den normalen Wert folgt.
Dieser plötzliche Anstieg des Ausgangs drehmoments ist nicht nur gut und klar im Verlaufe einer besonderen Messung zu beobachten, während der das Federdrehi moment als Funktion des Entspannungszustandes bzw.
als Funktion der Drehung des Federhauses aufgenommen wird, sondern auch während des praktischen Betriebes einer mit einer solchen Feder ausgerüsteten Uhr.
Es handelt sich bei diesem unerwünschten plötzlichen Drehmomentanstieg um einen sehr störenden Effekt, weicher ungünstige Rückwirkungen auf die Oangge- naugkeit der Uhr hat und insbesondere bei Präzisionsuhren bzw. Chronometern ein ernsthaftes Problem darstellt.
Es hat sich nun aufgrund sorgfältiger Experimente gezeigt, dass die Ursache für diesen plötzlichen Drehmomentanstieg mit der Gegenwart des üblicherweise in der Krümmung der Feder vorhandenen Wende punk- tes zusammenhängt, weicher in der Nähe des äusseren Federendes vorhanden ist. Die diesen Wendepunkt enthaltende Zone befindet sich zwischen dem kleinen gekrümmten äusseren Endbereich der Feder und dem sich daran anschliessenden, allgemein S-förmig ge krümmten Federabschnitt, welcher sich nahezu über die gesamte Federlänge erstreckt.
Wenn sich die im Federhaus montierte Feder im maximalen Spannungszustand befindet, d. h. also vollständig aufgezogen ist, dann erfährt die erwähnte Wendepunktzone eine beträchtliche elastische Deformation, da nämlich dieser Federabschnitt dann bestrebt ist, eine Krümmung anzunehmen, weiche im wesentlichen der Krümmung der äusseren Umfangskurve der fest aufgewickelten Feder als ganz es entspricht. Auf diese Weise wird in dieser Wendepunktzone ein erheblicher Betrag an Deformationsenergle gespeichert, weiche diesen Federabschnitt zu entspannen sucht.
Versuche haben gezeigt, dass diese lokal gespeicherte Deformationsenergie unmittelbar nach dem Beginn des Entspannungsvorganges der Feder zum grossen Teil plötzlich frei gegeben wird, was den beobachteten plötzlichen Anstieg des Federdrehmoments zur Folge hat. Dieser Effekt findet insbesondere während der ersten Umdrehung des Federhauses nach einem vell- ständigen Aufziehen der Feder statt.
Bei einer konventionellen Uhrenzugfeder ohne S Form, wie sie früher ausschliesslich verwendet wurden, ist es bekannt, dem in der Nähe des äusseren Federendes liegenden Federbereich eine geringere Federelastizität zu verleihen als dem übrigen Federbereich, beispielsweise durch Anbringung von Schlitzen. Das mit dieser Massnahme zu erreichende Ziel bestand darin, den bei der ersten Entspannungs-Umdrehung der vollständig aufgezogenen Feder zur Verfügung stehenden, unerwünschten Kraftüberschuss auf die letzten Entspannungs-Umdrehungen zu übertragen. Demzufolge schliesst bei dieser bekannten Feder der in der Nähe des äusseren Federendes liegende Bereich geringerer Federelastizität die Länge der gesamten innersten Windung der aufgezogenen Feder ein.
Irgendwelche mit einem Wendepunkt der Feder zusammenhängende Probleme sind jedoch bei diesen bekannten, konventionellen Federn nicht vorhanden.
Demgegenüber bezieht sich die vorliegende Erfin dung auf moderne Uhrenzugfedern mit einer S-Form und hat das Ziel, eine verbesserte Uhrenzugfeder dieses Typs zu schaffen, welche den erläuterten Störeffekt eines plötzlichen Drehmomentanstiegs in der ersten Phase der Entspannung nicht aufweist und die demzufolge eine verbesserte Drehmomentkennlinie hat
Ausgehend von einer Uhrenzugfeder mit einem in der Nähe des äusseren Federendes liegenden Federbereich, welcher eine geringere Federelastizität aufweist als der übrige Federbereich, ist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass die Uhrenzugfeder eine S-Form mit einem zusätzlichen, entgegengesetzt zur Krümmung des aussen liegenden S-Bogens gekrümmten,
zur Befestigung dienenden äusseren Endabschnitt aufweist und der Federbereich geringerer Elastizität den zwischen dem äusseren S- Bogen und dem Endabschnitt liegenden Wendepunkt überdeckt, wobei die Elastizität des letzterwähnten Federbereichs -auf 1ss- bis 11.-, des Elastizitätwertes des übrigen Federbereichs verringert ist.
Diese Elastizitätsverringerung lässt sich entweder dadurch erreichen, dass man den Quersehnitt der Feder in der erwähnten Wendepunktzone durch Anbringung von Schlitzen, Einschnitten oder Öffnungen cntspre- chend verringert, oder aber dadurch, dass man diesen kritischen Federbereich einer besonderen lokalisierten Wärmebehandlung unterwirft. Im Falle einer Verringerung des Querschnittes kann man vorzugsweise einen Längsschlitz in der Feder längs ihrer Mittelachse oder eine Anzahl runder Öffnungen in regelmässigen Abständen ebenfalls längs der Federmittelachse oder aber auch auf einer oder beiden Federseiten Einsehnitte lanbringen.
Im Einzelfalle hängt die Grösse der Elastizitätsverringerung von der Natur des Federmaterials, den Abmessungen der Feder und dem Grade der Krümmung des äusseren Federendes sowie des Hauptfedern- bereichs ab.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm, in welchem das von einer üblichen Uhrenzugfeder abgegebene Drehmoment (in willkürlichen Einheiten) als Funktion der Anzahl der Umdrehungen des Federhauses (ebenfalls in willkürlichen Einheiten) dargestellt ist,
Fig. 2 ein der Fig. 1 entsprechendes Diagramm, das die Drehmomentcharakteristik einer Zugfeder nach der Erfindung zeigt,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine im wesentlichen abgewickelte Zugfeder nach der Erfindung zur Veranschaulichung der wesentlichen Krümmungsabschnitte,
Fig. 4 eine vergrösserte Teilansicht der Feder nach Fig. 3, die das äussere Ende dieser Feder zeigt,
Fig. 5-7 Draufsichten auf das äussere Ende verschiedener Ausführungsformen von Zugfedern nach der Erfindung sowie
Fig.
8 die Draufsicht auf das äussere Ende einer weiteren Ausführungsform, ähnlich der nach Fig. 5, welche insbesondere detaillierte Beispiele für die vorzugsweise zu wählenden Abmessungen veranschaulicht.
Die in der Fig. 1 gezeigte Drehmomentkennlinie üblicher Uhrenzugfedern zeigt den mit A bezeichneten plötzlichen Drehmomentanstieg kurz nach Beginn des Entspannungsvorganges der voll aufgezogenen Feder.
Wie bereits erwähnt, soll dieser nachteilige Effekt durch die Feder nach der Erfindung vermieden werden. Federn nach der Erfindung weisen daher die auf Fig. 2 dargestellte Drehmomentkennlime auf.
Bei der auf Fig. 3 gezeigten abgewickelten Feder 10 stellt der untere Abschnitt das noch teilweise aufgewickelte innere Federende dar, während der obere Abschnitt das äussere Federende ist. Dieses äussere, auf Fig. 3 mit einem gestrichelten Kreis 11 umrandete Federende ist auf Fig. 4 nochmals im grösseren Massstab gezeigt. Mit 13 ist ein Wendepunkt in der Federkrümmung bezeichnet, welcher zwischen einem sich längs des Abstandes L erstreckenden gekrümmten Ende einerseits und einem S-förmig gekrümmten Hauptfederteil (Fig. 3) anderseits liegt. Auf Fig. 4 ist der den Wendepunkt 13 einschliessende Krümmungsbereich der Feder mit einem gestrichelten Kreis 14 umrandet, dessen Ausdehnung in den Darstellungen nach Fig. 5 und 7 mit M bezeichnet ist.
In üblicher Weise ist, wie auf Fig. 4 sowie auf den Fig. 5-7 angedeutet, die Feder 10 durch ein Band 15 verstärkt, das nach den Fig. 5-7 beispielsweise durch Punktschweissung an der Stelle 16 mit der Feder fest verbunden ist.
Im Beispiel nach Fig. 5 ist die Feder 10 im Bereich des Wendepunktes 13 unter Bildung eines rechteckförmigen Längschlitzes 17 ausgeschnitten, so dass in der Zone M die Elastizität der Feder, verglichen mit der Elastizität im vollen Bereich der Feder, verringert ist. Die dadurch erzielte, verbesserte Drehmomentkennlinie ist auf Fig. 2 dargestellt, welche sich auf die Feder nach Fig. 5 bezieht.
Im Beispiel nach Fig. 6 wird die Verringerung der Federelastizität innerhalb der Zone M dadurch erreicht, dass auf gegenüberliegenden Seiten der Feder Ausschnitte 18 und 19 angebracht sind, so dass die Federbreite in dieser Zone verkleinert wird. Derselbe Effekt wird im Beispiel nach Fig. 7 durch einen einzigen Ausschnitt 20 erzielt, der nur auf der einen Seite der Feder angebracht ist.
Anhand der Fig. 8 soll eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 5 im einzelnen beschrieben werden. Das auf dieser Feder 1 0a mittels Punktschweissung an der Stelle 1 6a befestigte Verstärkerband 15a hat eine Breite von 1,2 mm, eine Dicke von 0,1 mm und eine Länge La von 3,5 mm. Die Feder 1 Oa selber hat eine Abmessung von
1,55 x 0,074 x 310 mm.
Der Wendepunkt ist mit 13 a bezeichnet. Der rechteckförmige Längsschlitz 1 7a im Bereich des Wendepunktes hat eine Breite von 0,5 mm, so dass also für die Breite der beiden Federstege im Bereich dieses Schlitzes je 0,525 mm übrig bleiben. Die Länge Ma des Schlitzes beträgt 12 mm, während der Abstand vom äusseren Ende der Feder bis zum Beginn des Längsschlitzes 2,5 mm und bis zum Wendepunkt 13a ungefähr 7 mm lang ist. Die Breite des Schlitzes 1 7a kann, wenn erforderlich, unter gleichzeitiger Reduzierung der Länge bis auf ungefähr 1 mm erhöht werden.
Die Verringerung des Querschnittes der Feder in der Wendepunktzone M zur Erzielung einer kleineren Elastizität kann ferner auch durch Anbringung von Perforationen oder runden Löchern, beispielsweise längs der longitudinalen Federachse, erreicht werden.
Anderseits lässt sich die wünschenswerte ELastizi- tätsverringerung in der Wendepunktzone auch durch eine besondere lokale Wärmebehandlung erreichen, für die im folgenden ein Beispiel angegeben wird.
Als Federmaterial kann ein handelsübliches Zugfederband verwendet werden, das unter dem Handelsnamen PHINOC (eingetragene Marke) erhältlich ist und folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozenten) aufweist:
C 0,10-0,15;
Si weniger ials 0,50;
Mn 0,90-1,50;
P weniger als 0,03;
S weniger als 0,03;
Ni 15,50-17,50; Cr 20,50-22,50;
Mo 5,80-6,80;
Co mehr als 40,00;
Fe Rest
Die aus diesem Material geschnittenen Federn ha- ben für Herrenuhren eine Längs abmes sung von 30-40 cm und für Damenuhren von ungefähr 20 cm.
Das geschnittene Federband wird mit dem inneren Ende beginnend mechanisch aufgewickelt, auf eine Fe derwelle aufgeschoben und mittels einer am inneren Federende angebrachten, üblichen Öffnung an dieser Welle angehängt. Dann wird ein Verstärkerband 15 bzw. 15a nach den Fig. 5-8 am äusseren Federende durch Schweissen an den Stellen 16 bzw. 1 6a befestigt. Durch mechanische Deformierung erhält die Feder die allgemeine, auf Fig. 3 gezeigte Ciestalt. Anschliessend wird die geformte Feder innerhalb der erwähnten Wendepunktzone M etwa 10 Minuten lang auf 11000 C oder mehr erhitzt und anschliessend langsam bis auf Raumtemperatur abgekühlt.
Diese Wärmebehandlung schliesst zur Vereinfachung der Operation auch den auf Fig. 4 mit L bezeichneten Endbereich ein. Nach dieser Wärmebehandlung wird die Feder in einen Pederhausbehältef eingesetzt, wobei das innere Federende frei liegt. Die Feder mit dem Federhaus wird dann einem Altenungsprozess unterworfen, der üblicherweise in einer etwa zweistündigen Erwärmung auf ungefähr 5000 C sowie einer anschliessenden langsamen Abkühlung auf Raumtemperatur besteht. Nach dieser Behandlung ist die Feder für die Montage bereit. Eine auf diese Weise behandelte Feder liefert ebenfalls eine verbesserte Drehmomentkenniinie nach Art der auf Fig. 2 dargestellten Kennlinie.
Wenn erforderlich, kann die Wärmebehandlung der Feder auch vor der mechanischen Deformation der Feder erfolgen, wobei gleich gute Resultate erhalten werden.