Ankerrad für Uhrwerke von Armbanduhren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ankerrad aus Stahl für Uhrwerke von Armbanduhren mit Kolbenzahnankergang.
Von den beiden bei einer Ankerhemmung zusammenwirkenden Uhrwerkteilen muss, wie bei jeder gleitenden Reibung, der eine Teil aus einem relativ weichen, der andere aus einem relativ harten Werkstoff bestehen.
Bei der Stiftenankerhemmung (Roskopf) bestehen daher die Stifte meist aus Stahl, das Hemmungsrad dagegen meist aus Messing. Die Reibung zwischen den Stiften einerseits und den Zähnen des Hemmungsrades anderseits ist gering, da sich diese Teile stets nur längs einer achsparallelen Mantellinie des Stiftes berühren. Besondere Massnahmen zur Reibungsminderung brauchen nicht getroffen zu werden.
Bei dem für genauer gehende Uhren allein verwendbaren Kolbenzahnankergang trägt der Anker mit den Ankerradzähnen zusammenarbeitende Hebesteine (Paletten) aus Edelstein, die härter sind als der in diesem Fall für das Ankerrad verwendete Stahl. Beim Gang der Uhr gleitet die Hebefläche der Ankerradzähne über die Hebefläche der Paletten so, dass bei jeder Hebung zeitweise Flächenannäherung besteht. Um die Klebewirkung des Öls zwischen der Hebefläche des Ankerradzahnes und der Palette zu verringern, müssen die sich einander nähernden Flächen so klein wie möglich sein, dies ganz besonders bei Armbanduhrwerken, bei denen die Kraftverhältnisse viel ungünstiger liegen als bei grösseren Uhren. Da die Breite der Palette gegeben ist, können die genannten Flächen nur dadurch klein gehalten werden, dass die Hebefläche des Ankerradzahnes so schmal wie möglich gemacht wird.
Die Uhrwerke von Armbanduhren sind ursprünglich durch lineare Schrumpfung der Uhrwerkteile der Taschenuhren entstanden. Die andersartigen Anforderungen, die an Armbanduhren gestellt werden, z. B.
die rauhere Beliandlung, wurden konstruktiv nicht berücksichtigt, einen Abfall der Ganggenauigkeit gegen über Taschenuhren nahm man in Kauf.
Erst viel später wurden dann durch Einsatz von Speziallegierungen für Zugfedern, Spiralfedern und Unruhreifen Fortschritte in der Ganggenauigkeit erzielt.
Auch mit dem schon bei Uhrwerken für Taschenuhren seit nahezu einem Jahrhundert bestehenden Problem der Verringerung des Trägheitsmomentes des Ankerrades beschäftigte man sich bei den Uhrwerken für Armbanduhren.
Von der Herabsetzung des Trägheitsmomentes des Ankerrades versprach man sich nämlich mit Recht eine Herabsetzung des Kraftverlustes, eine Erhöhung der Beschleunigung, eine Vergrösserung der Unruh Amplitude und damit höhere Ganggenauigkeit und durch exaktere Zeitteilung einen konstanteren Gang.
Die Vergrösserung der Unruh-Amplitude würde eine Herabsetzung des Drehmomentes der Zugfeder zur Vermeidung von Prellungen nötig machen, was wiederum Verbesserungen an der Zugfeder zur Folge hätte, die dann auch wieder auf die Ganggenauigkeit zurückwirkt. Auch eine z. B. durch Vergrösserung der Zahl der Zähne angestrebte Erhöhung der Schlagzahl und damit der Ganggenauigkeit ergibt sich bei der Verminderung des Trägheitsmomentes von selbst.
Zur Verminderung des Trägheitsmomentes ist es z. B. bekanntgeworden, für das Ankerrad nicht Stahl, sondern eine Metallegierung von geringem spezifischem Gewicht zu verwenden. (Deutsches Gebrauchsmuster 1 798 191.) Doch erwies sich diese Legierung aus anderen Gründen für die fabrikmässige Uhrenherstellung als unbrauchbar.
Die Ankerräder in den Uhrwerken für Taschenuhren sind aus verhältnismässig dickem Stahlblech gestanzt. Da, wie oben erläutert, die Hebefläche des Ankerradzahns so klein wie möglich gehalten werden müssen, schliff man den Ankerradzähnen für Kolbenzahnankergang ein Biseau an. Dieses Beseau wurde bei der linearen Schrumpfung der Uhrwerkteile für die Uhrwerke von Armbanduhren achtlos übernommen.
Gemäss der Schweizer-Uhren-Norm weist das dünnste Ankerrad aus Stahl für Kolbenzahnanker von Armbanduhren eine Dicke von 0,15 mm auf. Während das angeschliffene Biseau die Breite der Hebefläche der Zähne auf t/3 bis t/2 der Dicke des Ankerrades bringt.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass die seit hundert Jahren gesuchte Lösung der Aufgabe, das Trägheitsmoment des Ankerrades herabzusetzen, sich gerade und nur aus der Tatsache ergibt, dass das Biegemoment des Rades je nach der Form des betrachteten Querschnitts der 2. bis 4. Potenz der Radiuslänge proportional ist, d. h. wenn man den Anker radradius des Armbanduhrwerks gegenüber dem Ankerradradius des Taschenuhrwerks linear verkleinert, kann man ohne einen Stabilitätsverlust befürchten zu müssen, die Blechdicke sehr viel mehr als nur linear verkleinern, z. B. bis zur Breite der Hebefläche. Diese Erkenntnis kann man bekannten Vorschlägen (französische Patentschrift Nr. 1 266 803) das Biseau bei Ankerrädern fortzulassen nicht entnehmen. Die Dicke des Ankerrades wird hier nicht geändert (vgl. auch Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 017 986).
Die Praxis bewies, dass der Gedanke, das Ankerrad im ganzen so dünn zu machen, wie die Hebefläche breit ist, einwandfrei zu verwirklichen ist. Weder brachen die zarten Zähne beim Zeigerstellen von Hand ab, wie die Fachleute befürchteten, noch ergaben sich für die Befestigung so dünner Räder an den Wellen unüberwindliche Schwierigkeiten.
Überraschenderweise ergab sich aus der Verminderung des Trägheitsmomentes eine unerwartet grosse Weg-Zeit-Verkürzung, die man nicht einmal auf dem bekannten aber komplizierten und teuren Wege der Zahnzahlerhöhung (von 15 auf 21) erreichen konnte.
An Hand des nachstehenden Ausführungsbeispiels soll dies näher erläutert werden:
An einem 5t/2-linigen Damenarmbanduhrwerk wurden folgende Werte ermittelt:
Ein wie bekannt biseautiertes Ankerrad mit einer Dicke von 0,17 mm erreichte mit einem seiner Kolbenzähne die Hebungsfläche der Ankerplatten nach 63/io msec und musste bis dahin 1,6 Winkelgrade zurücklegen. Ein in das gleiche Uhrwerk eingebautes Ankerrad der Erfindung, das im ganzen 0,08 mm dick war, erreichte die Hebefläche bereits nach 32/10 msec und hatte daher nur 0,8 Winkelgrade zurückgelegt.
Das bedeutet, dass bei Verwendung eines Ankerrades der Erfindung die Antriebskraft weit vor der Mittellage der Unruhe einsetzt und daher über einen grösseren Teil des Bewegungswinkels wirken kann, als bei den bekannten Ankerrädern.
Hierdurch ist es möglich geworden, das Drehmoment der Triebfeder um etwa 17 % herabzusetzen. Der Vorgang entspricht bei einem Kolbenexplosionsmotor etwa der Frühzündung.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 ein Schnitt nach Fig. 3 durch einen Zahn mit der Palette der bisherigen Form,
Fig. 2 ein gleicher Schnitt durch einen Zahn bei einem Ankerrad gemäss der Erfindung und
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Ankerrad nach Fig. 1 oder 2.
In der Zeichnung ist 2 der Zahn, 3 der Hebestein (Palette), 4 die Zahnschräge (Biseau), 5 ist die Hebefläche am Ankerradzahn und 6 die Ruhefläche.
Abgesehen von der eingangs erwähnten wesentlichen Herabsetzung des Trägheitsmomentes mit allen ihren oben erwähnten Vorteilen haben die biseaulosen dünnen Ankerräder der Erfindung noch eine ganze Reihe weiterer überraschender, d. h. nicht ohne weiteres voraussehbarer Vorteile. Nachstehend seien einige aufgezählt:
1. Die Ankerräder werden aus Stahlblech ausgestanzt und dann durch Fräsen ausgeformt. Beim Ausstanzen der Radrohlinge für Ankerräder gemäss der Erfindung entsteht geringer Werkzeugverschleiss (Lebensdauer des Stanzwerkzeugs 1: 3 heraufgesetzt). Auch kann härterer Werkstoff verwendet werden, was eine grössere Genauigkeit der Zahnteilung gewährleistet.
2. Beim Verzahnen, das bekanntlich paketweise erfolgt, können etwa die doppelte Anzahl Räder wie bisher gleichzeitig mit Zähnen versehen werden.
3. Da sich die dünnen Räder beim Ausstanzen weniger deformieren als die dickeren, kann der Arbeitsgang des beiderseitigen Planschleifens entfallen.
4. Der Arbeitsgang des Zahnschrägschleifens (mit Spezialmaschine) entfällt ganz.
5. Beim Schleifen der Hebungsflächen, das paketweise erfolgt, können die doppelte Anzahl Räder wie bisher gleichzeitig geschliffen werden.
6. Beim Ruheilächenschleifen, das gleichfalls paketweise erfolgt, können ebenso die doppelte Anzahl Räder gleichzeitig geschliffen werden.
7. Das Rad der Erfindung lässt sich leichter axial flach richten als die bekannten und löst sich bei diesem Arbeitsgang weniger leicht von seiner Vernietung am Trieb.
8. Das Ankerrad der Erfindung kann beiderseits bis zu den Zahnspitzen poliert werden. Dies gewährleistet eine bessere Ölhaltung als bei den biseautierten Rädern. Die Schleifriefen der Biseautierung wirkten als ölziehende Kapillaren.
9. Wegen der verringerten Masse des Ankerrades ist der Einfluss von Magnetfeldern auf den Gang der Uhr herabgesetzt.
Escapement wheel for movements of wristwatches
The invention relates to an escape wheel made of steel for movements of wristwatches with a toothed piston escapement.
As with any sliding friction, of the two movement parts that work together in an anchor escapement, one part must be made of a relatively soft and the other of a relatively hard material.
With the pin lever escapement (Roskopf), the pins are usually made of steel, while the escape wheel is usually made of brass. The friction between the pins, on the one hand, and the teeth of the escape wheel, on the other hand, is low, since these parts always only touch along an axially parallel surface line of the pin. Special measures to reduce friction do not need to be taken.
In the piston-toothed anchor gear, which can be used alone for more accurate clocks, the anchor carries gemstone lifting stones (pallets) that work together with the escape wheel teeth and are harder than the steel used for the escape wheel in this case. When the clock is running, the lifting surface of the escape wheel teeth glides over the lifting surface of the pallets in such a way that there is a temporary approximation of surface with each lifting. In order to reduce the adhesive effect of the oil between the lifting surface of the escape wheel tooth and the pallet, the surfaces approaching each other must be as small as possible, especially in wrist watch movements, where the force ratios are much less favorable than in larger watches. Since the width of the range is given, the areas mentioned can only be kept small by making the lifting area of the escape wheel tooth as narrow as possible.
The movements of wristwatches were originally created by the linear shrinkage of the movement parts of the pocket watches. The different requirements that are placed on wristwatches, e.g. B.
the rougher coating was not taken into account in the design, a decrease in accuracy compared to pocket watches was accepted.
It was not until much later that advances in accuracy were achieved through the use of special alloys for tension springs, spiral springs and balance tires.
The problem of reducing the moment of inertia of the escape wheel, which had existed for almost a century in movements for pocket watches, was also dealt with in movements for wristwatches.
The reduction of the moment of inertia of the escape wheel was rightly expected to result in a reduction in the loss of power, an increase in acceleration, an increase in the balance amplitude and thus higher accuracy and a more constant rate through more precise time division.
Increasing the balance wheel amplitude would make it necessary to reduce the torque of the mainspring in order to avoid bruises, which in turn would result in improvements to the mainspring, which then has an effect on the accuracy. Also a z. B. by increasing the number of teeth desired increase in the number of strokes and thus the accuracy results from the reduction of the moment of inertia by itself.
To reduce the moment of inertia it is z. B. became known not to use steel for the escape wheel, but a metal alloy of low specific weight. (German utility model 1 798 191.) However, this alloy turned out to be unusable for factory watchmaking for other reasons.
The anchor wheels in the movements for pocket watches are stamped from relatively thick sheet steel. Since, as explained above, the lifting surface of the escape wheel tooth must be kept as small as possible, the escape wheel teeth were ground to a biseau for the piston tooth armature. This Beseau was carelessly adopted during the linear shrinkage of the movement parts for the movements of wristwatches.
According to the Swiss watch standard, the thinnest escape wheel made of steel for piston tooth anchors in wristwatches is 0.15 mm thick. While the ground biseau brings the width of the lifting surface of the teeth to t / 3 to t / 2 the thickness of the escape wheel.
The invention is based on the knowledge that the solution to the problem of reducing the moment of inertia of the escape wheel, which has been sought for a hundred years, arises precisely and only from the fact that the bending moment of the wheel, depending on the shape of the cross-section in question, of the 2nd to 4th Is proportional to the power of the radius length, i.e. H. if you reduce the armature radius of the wrist watch movement linearly compared to the anchor wheel radius of the pocket watch movement, you can reduce the sheet metal thickness much more than linearly without having to fear a loss of stability, e.g. B. up to the width of the lifting surface. This knowledge cannot be derived from known proposals (French patent specification No. 1 266 803) to omit the biseau in escape wheels. The thickness of the escape wheel is not changed here (see also German Auslegeschrift No. 1 017 986).
Practice has shown that the idea of making the escape wheel on the whole as thin as the lifting surface is wide can be perfectly implemented. The delicate teeth neither broke off by hand when setting the pointer, as the experts feared, nor were there insurmountable difficulties in attaching such thin wheels to the shafts.
Surprisingly, the reduction in the moment of inertia resulted in an unexpectedly large path-time shortening, which could not even be achieved using the well-known but complicated and expensive way of increasing the number of teeth (from 15 to 21).
This is to be explained in more detail using the following exemplary embodiment:
The following values were determined on a 5t / 2-line ladies' wristwatch movement:
A well-known escape wheel with a thickness of 0.17 mm reached the lifting surface of the anchor plates with one of its piston teeth after 63/10 msec and had to cover 1.6 degrees up to that point. An escape wheel of the invention built into the same movement, which was 0.08 mm thick in total, reached the lifting surface after 32/10 msec and had therefore only covered 0.8 degrees.
This means that when an escape wheel of the invention is used, the driving force begins well before the central position of the unrest and can therefore act over a larger part of the angle of movement than with the known escape wheels.
This made it possible to reduce the torque of the mainspring by about 17%. In the case of a piston explosion engine, the process roughly corresponds to the advance ignition.
The drawing shows, for example, schematically and partially in section, an embodiment of the invention. In the drawing is:
1 shows a section according to FIG. 3 through a tooth with the pallet of the previous form,
2 shows the same section through a tooth in an escape wheel according to the invention and
FIG. 3 is a plan view of the escape wheel according to FIG. 1 or 2.
In the drawing, 2 is the tooth, 3 is the lifting stone (pallet), 4 is the tooth slope (biseau), 5 is the lifting surface on the escape wheel tooth and 6 is the resting surface.
Aside from the substantial reduction in the moment of inertia mentioned at the beginning with all of its advantages mentioned above, the extremely thin armature wheels of the invention have a whole series of other surprising, i.e. H. not without further predictable advantages. Some are listed below:
1. The anchor wheels are punched out of sheet steel and then shaped by milling. When punching out the wheel blanks for armature wheels according to the invention, there is little tool wear (service life of the punching tool increased 1: 3). Harder material can also be used, which ensures greater accuracy of the tooth pitch.
2. When gearing, which is known to be done in packets, about twice the number of wheels can be provided with teeth at the same time as before.
3. Since the thin wheels deform less than the thicker ones during punching, the process of grinding both sides flat can be omitted.
4. There is no need for an inclined tooth grinding (with a special machine).
5. When grinding the lifting surfaces, which is done in packages, twice the number of wheels can be ground at the same time as before.
6. In the case of rest surface grinding, which is also done in packages, twice the number of wheels can also be ground at the same time.
7. The wheel of the invention can be straightened axially more easily than the known ones and is less easily detached from its riveting on the drive in this operation.
8. The escape wheel of the invention can be polished to the tooth tips on both sides. This ensures better oil retention than with the biseautified bikes. The grinding marks of the bisautation acted as oil-pulling capillaries.
9. Because of the reduced mass of the escape wheel, the influence of magnetic fields on the watch's rate is reduced.