On connaît l'évolution particulièrement rapide de la mode vestimentaire, que ce soit dans la ligne des habits, dans la qualité des tissus utilisés ou encore dans le choix des couleurs. Cette évolution est également très marquée pour divers accessoires tels que les chaussures, les sacs à main, les lunettes et, plus récemment, les montres bracelets ou à pendentif.
En ce qui concerne ces dernières, il a été notamment proposé des pièces d'horlogerie présentant chacune une lunette ou un bracelet amovible que l'usager peut remplacer de lui-même par une autre lunette ou par un autre bracelet, appartenant à une véritable panoplie de lunettes et de bracelets vendue avec la pièce d'horlogerie et présentant une combinaison de couleurs et de formes suffisamment différente, d'élément à élément, pour permettre à l'acheteur d'adapter périodiquement l'aspect général de sa montre aux canons vestimentaires du moment. I1 a ainsi été possible de mettre sur le marché des pièces d'horlogerie de fantaisie rnunies généralement d'un mouvement de bonne qualité mais offrant à l'usager la possibilité d'en modifier au choix l'aspect esthétique.
Ces pièces d'horlogerie sont toutefois relativement chères et ne connaissent, en conséquence, qu'un succès commercial très relatif.
On a également mis sur le marché des montres bon tnarché, ayant habituellement une durée de vie réduite et dont la présentation générale ambitionne de refléter certaines tendances artistiques, voire philosophiques ou de la mode du jour: on connaît, en particulier, des montres-bracelets ou à pendentif dont le cadran, la lunette ou le bracelet sont soit décorés de motifs inspirés de certaines représentations bariolées appartenant par exemple au pop-art ou influencées par la vogue hippie , soit colorés dans des teintes unies relativement extravagantes.
Ces montres ont un succès assez important, d'une part, auprès des couches les plus jeunes de la population, dont le pouvoir d'achat est généralement réduit mais dont le désir de se caractériser s'est révélé être particulièrement prononcé à notre époque, et, d'autre part, également chez un certain nombre de personnes attachant une importance particulière à l'harmonisation des accessoires vestimentaires avec le genre de l'habit ou de la robe portés à l'instant.
Le prix réduit des montres de ce genre est essentiellement dû au choix des matériaux utilisés pour la fabrication de certaines de leurs parties, en particulier de la boîte, du cadran, du bracelet, de certains assortiments, à la qualité relativement mauvaise des finitions, voire à l'utilisation de mouvements structurellement très simples et généralement peu précis. Un tel compromis ne permet, le plus souvent, pas la production de montres de faibles dimensions, que ce soit en épaisseur ou en diamètre.
Malgré les efforts réalisés, il est toutefois apparu que le prix de ces montres ne peut être réduit au-dessous de certaines limites même si la fabrication des pièces est entièrement automatisée et même si les opérations de montage sont réduites au strict minimum. En effet, ces montres bon marché présentent une architecture générale pratiquement identique à celle des montres d'un certain prix: elles ont toutes un barillet, un ressortmoteur, un régulateur et un rouage démultiplicateur.
Comme un moteur à ressort de type traditionnel n'est capable de livrer qu'un couple intense pour une faible détente du ressort, c'est-à-dire pour un déplace ment angulaire réduit du barillet, il s'ensuit qu'au moins les premiers mobiles du rouage sont soumis à de grands efforts, ce qui exclut évidemment de pouvoir les fabriquer en matière plastique par exemple, parce que cette matière présente l'inconvénient de fluer si elle est l'objet de sollicitations intenses. En outre, le facteur de démultiplication de ce rouage doit être particulièrement élevé, ce qui oblige à munir un tel rouage d'un nombre important de mobiles.
Si les diverses pièces du rouage pouvaient être exécutées en matière plastique injectée, il est évident que le prix du rouage en serait réduit dans d'assez grandes proportions, cette réduction étant bien entendu encore plus importante si le nombre des pièces à fabriquer et à monter pouvait être réduit. Or, cela n'est possible qu'à condition de changer le mode d'entraînement du rouage, c'est-à-dire seulement si le couple attaquant ses premiers mobiles pouvait être diminué dans une assez forte proportion par rapport au couple produit par un moteur à barillet traditionnel. L'une des solutions répondant à ces besoins consisterait à limiter la tension du ressort du moteur à barillet à une valeur particulièrement faible mais, dans ce cas, la réserve de marche d'une montre munie d'un tel ressort-moteur serait quasiment inexistante.
En fait l'idéal consisterait à pouvoir munir une pièce d'horlogerie d'un moteur à remontage susceptible d'emmagasiner la même énergie qu'un moteur traditionnel à barillet mais qui serait à même de restituer cette énergie au premier mobile du rouage en entrainant celui-ci à une vitesse de rotation élevée à l'aide d'un faible couple.
Le brevet français No 786331 décrit un moteur à fil d'élastomère dont le principe de fonctionnement répondrait aux exigences ci-dessus mais dont la structure n'est guère adaptée à une utilisation horlogère, en particulier à une utilisation dans une montre de faible dimension telle une montre à bracelet ou à pendentif par exemple.
Ce moteur, qui est essentiellement destiné à l'entrâî- nement d'une hélice pour la propulsion d'un jouet, comprend notamment deux tambours rotatifs disposés coaxialement dont l'un présente un diamètre supérieur à celui de l'autre et sur lesquels est enroulé un fil d'élastomère, dans une direction, sur un premier tambour, et dans une direction opposée, sur le second, ce fil passant d'un tambour à l'autre grâce à une poulie de renvoi disposée en position décentrée. L'hélice est fixée au tambour le plus grand, le tambour le plus petit étant soumis à l'action d'un moyen de freinage, en particulier lors du remontage du moteur.
Dans ce dernier cas, les deux tambours sont cinématiquement indépendants, l'un de l'autre, alors que, en fonctionnement du moteur, le premier et le second tambour sont accouplés l'un à l'autre par un embrayage.
On a déjà proposé de faire emploi de l'énergie restituée par un élastique soumis au préalable à une torsion ou à une traction pour assurer I'entraînement d'une montre-jouet. La réserve de marche de cette montre est toutefois dérisoirement réduite puisque un seul remontage ne lui permet de fonctionner que pendant quelques secondes, voire quelques minutes. Le brevet américain No 2919538 décrit précisément un tel jouet.
La présente invention a précisément pour but la création d'un mécanisme moteur, à fil d'élastomère, dont l'architecture générale, le mode de fonctionnement et la réserve de marche se prêtent particulièrement bien à une utilisation horlogère.
Elle a, à cet effet, pour objet un mécanisme moteur, à fil d'élastomère, pour pièce d'horlogerie, comprenant deux tambours indépendants montés fous autour d'un axe commun, dont le diamètre du premier présente une valeur supérieure à celle du diamètre du second, ces tambours étant destinés à l'enroulement d'une portion du fil, dans une direction déterminée, sur l'un, et d'une autre portion de fil, dans une direction opposée à la précédente, sur l'autre, une poulie de renvoi du fil d'un tambour à l'autre, un embrayage d'accouplement des deux tambours et des moyens pour freiner le second tambour, caractérisé par le fait que la poulie est montée à l'extrémité libre d'un levier solidaire d'un arbre rotatif constituant l'arbre de sortie du mécanisme, par le fait que ledit embrayage est formé par une garniture de friction disposée entre les tambours,
et par le fait qu'il comprend des moyens pour freiner le premier tambour, et un dispositif permettant d'entraver en rotation le premier tambour pour remonter le mécanisme.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple et très schématiquement, une forme d'exécution du mécanisme moteur objet de la présente invention:
la fig. 1 en est une élévation en coupe;
la fig. 2 est une vue selon II-II de la fig. 1;
les fig. 3 et 4 sont des diagrammes explicatifs.
Le mécanisme moteur représenté est un mécanisme moteur à fil d'élastomère, c'est-à-dire un mécanisme dans lequel l'énergie fournie est celle accumulée par étirage d'un tel fil au cours d'une opération préalable de remontage. Ce fil peut, par exemple, être réalisé en fibre de polyuréthane, matière qui peut subir, indéfiniment et sans fatigue, une succession d'élongations de 400 o/o ou plus.
Ce mécanisme moteur, qui est plus particulièrement destiné à l'entraînement du rouage indicateur d'une pièce d'horlogerie, comporte une platine circulaire 1, dans laquelle sont pratiquées deux ouvertures, l'une, centrale, 2 dans laquelle est monté un canon 3, l'autre, décentrée, 4 livrant passage à un axe de remontage 5 portant, à une extrémité, une couronne de remontoir 6 et, à l'autre extrémité, une roue dentée 7. Le positionnement de cette roue par rapport à la platine 1 est assuré par une garniture 8 en matériau antifriction.
La roue 7 est en prise avec une roue 9 montée folle sur le canon 3 et maintenue distante de la platine 1 par une garniture 10 en matériau antifriction. Cette roue 9 est solidaire d'un tambour 11, de grand diamètre, monté sur le canon 3 de manière à pouvoir pivoter librement sur lui-même.
A la suite de ce tambour, le canon 3 porte une garniture de friction 12 et un second tambour 13 de diamère inférieur à celui du tambour 11, monté fou sur ce canon. Le diamètre moyen de la gorge du tambour 1 1 et le diamètre moyen de la gorge du tambour 13 sont dans un rapport sensiblement égal à 2, voire légèrement inférieur, ainsi que cela sera décrit par la suite.
A son autre extrémité, le canon 3 porte un plateau 14 dont la face en regard du tambour 13 est revêtue d'une garniture annulaire 15 de matériau de friction, par exemple de mousse synthétique, en contact avec ce tambour et qui est destiné à développer sur ce dernier une action de blocage tant que le tambour 13 n'est pas soumis à un couple dépassant une valeur déterminée, précisée par la suite.
Dans l'ouverture du canon 3 sont disposées, d'une part, une douille 16, formant support pour une pierre de contre-pivot 17, et, d'autre part, une pierre à grand trou 18, formant palier pour un axe 19 en appui par son extrémité avec la pierre 17 et pivoté, par ailleurs, dans une seconde pierre à grand trou 20, chassée dans une ouverture 21 ménagée au centre d'un flasque ajouré 22 fixé à la périphérie de la platine 1 par des vis 22a.
L'axe 19 est l'axe de sortie du mécanisme moteur.
I1 porte un levier 23 dont le bras 23 A, qui présente une longueur supérieure au rayon externe du tambour 11, forme support pour une poulie 24 positionnée de manière à s'étendre simultanément au-dessus d'une partie de la gorge de chaque tambour 11 et 13. Cette poulie 24 est fixée au bras 23 A par l'intermédiaire d'un tourillon 24a sur lequel elle est pivotée.
Dans sa partie opposée au bras 23 A par rapport à l'axe 19, le levier 23 présente un second bras 23 B, présentant un profil en secteur de cercle et qui est essentiellement destiné à l'équilibrage du levier.
Les tambours 1 1 et 13 sont destinés à l'emmagasinage d'un fil d'élastomère 25 qui est susceptible d'être enroulé, dans un sens, sur un tambour et, dans un sens opposé, sur l'autre, la poulie 24 que porte le levier 23 formant organe de renvoi pour la portion de fil s'étendant entre les tambours 1 1 et 13.
Ainsi qu'on le verra par la suite, le remontage du mécanisme moteur selon l'invention a lieu par entraînement du tambour 1 1 dans le sens d'enroulement du fil 25 sur celui-ci. Comme dans tout autre mécanisme analogue, dans lequel l'énergie est emmagasinée dans un élément déformable élastiquement, par exemple à ressort, le mécanisme moteur décrit ne peut être remonté qu'à condition d'exercer un freinage continu, voire un blocage périodique sur son axe de sortie.
Dans le cas présent, le mécanisme moteur étant destiné à I'entraînement d'une pièce d'horlogerie, c'est l'organe régulateur de cette pièce qui pourvoira à ce freinage ou à ce blocage périodique, selon le type de régulateur utilisé, les aiguilles indicatrices continuant de tourner normalement pendant que le mécanisme moteur est l'objet d'une opération de remontage.
Voyons maintenant comment fonctionne le mécanisme moteur décrit, et en particulier quelle est la valeur du couple qu'il est susceptible de fournir sur l'axe secondaire 19.
A cet effet, formons tout d'abord les quatre hypothèses simplificatrices ci-après: 1. Les frottements intervenant entre la poulie 24 et son
tourillon 24a sont tellement réduits qu'on les néglige.
2. Le couple de freinage exercé par la garniture de fric
tion 15 sur le tambour 13 est constant.
3. Le diamètre d'enroulement du fil sur chaque tam
bour demeure constant, quel que soit le nombre de
spires de fil emmagasiné à un instant déterminé sur
ces tambours et est pris comme étant égal au dia
mètre moyen de la gorge des tambours, égal à 2R
pour le tambour 11 et à 2r pour le tambour 13.
4. L'allongement du fil est une fonction linéaire de la
tension à laquelle ce fil est soumis. C'est en particu
lier ce qui résulte de la fig. 3 qui montre comment
varie cet allongement en fonction de la tension, dans
le cas de n spires de fil ayant une longueur totale
égale à 2xr . n lorsqu'il est tendu sur un tambour dont
la gorge présente un rayon moyen de valeur r avec
une tension Tr alors qu'il n'aurait qu'une longueur
égale à 2xrO.n à l'état détendu. Sur un tambour dont
la gorge présente un rayon moyen R, ce fil ne
peut être enroulé en n spires que s'il est soumis à
une tension TR > Tr telle que
R-r0 TR = Tr R-rO
R r r-rO
Comme décrit, la poulie 24 est fixée sur un levier 23 solidaire d'un axe pivotant 19.
Quelle que soit sa position autour des tambours 1 1 et 13, la poulie 24 est soumise à des forces F1 et F2 contenues dans l'axe de la portion du fil 25 comprise entre cette poulie et le tambour 11, respectivement le tambour 13 (fig. 2).
Ces forces sont chacune à l'origine d'un moment, égal à F1 . R, pour la première, et à F2 . r, pour la seconde, dont la résultante est évidemment égale à Mt = F1. R-F2 R - Fz r
Mais, par la première hypothèse simplificatrice précédemment énoncée, la force F1 est nécessairement égale à la force F2, d'où il découle que
Mt = F (R - r)
F étant la tension du fil d'élastomère.
Cette relation étant établie, voyons à quoi correspond la force F, d'une part, lors du remontage du mécanisme moteur et, d'autre part, lorsque le mécanisme remonté restitue l'énergie qui lui a été fournie.
A. Remontage du mécanisnte moteur:
A cet effet, il suffit d'entraîner le tambour 1 1 dans le sens F (fig. 2), l'axe 19 étant bloqué angulairement, ce qui signifie que le levier 23 et la poulie 24 sont maintenus immobiles.
Si le couple à développer sur le tambour 13 pour vaincre l'action de l'embrayage 14-15 est égal à M, la tension du fil nécessaire à l'entraînement de ce tambour est M
M -- T X r ou T = -
r
ll en découle que le couple auquel est soumise la poulie 24 est R-r
Mt = T (R - r) = M r et que la tension avec laquelle le fil est enroulé sur le tambour 1 1 est égale à T.
B. Entraînement par le mécanisme moteur:
Dans ce cas, l'axe 19 est évidemment libre de tourner, de sorte que la poulie 24 se meut en satellite autour des tambours 1 1 et 13 ; le grand tambour 1 1 est fixe et débite le fil, le petit tambour 13 est également fixe et reçoit le fil que lui distribue la poulie 24.
D'après la quatrième des hypothèses précédemment énoncées, nous avons T r = TR r-rO et comme le couple agissant sur la poulie est égal au produit de la tension régnant dans le fil par la différence des rayons moyens d'enroulement R et r des tam bours 11 et 13, soit Mt = Tr . (R-r), il s'ensuit que le couple moteur susceptible d'être développé par le mécanisme moteur est
EMI3.1
I1 convient à ce point de préciser que la tension Tx est égale à T ou
M TR= de sorte que le couple moteur s'écrit:
: = M (R-r) (r-r0)
r (R - rO)
Si les quatre hypothèses énoncées se vérifient, le couple moteur est donc une fonction directe des grandeurs géométriques R, r et r0 et des caractéristiques de l'embrayage 14-15 (valeur du couple M).
Pour des dimensions données du grand tambour 11, dépendant essentiellement de l'encombrelment diamétral désiré pour le mécanisme moteur, ce couple est maximum si sa dérivée par rapport à r est nulle, c'est-à-dire
Si dMt ¯M
dr R-r0 ou 2r = R t r0 ce qui permet d'obtenir la valeur du diamètre du petit tambour 13.
Le mécanisme moteur décrit peut également être dimensionné en considérant non son aptitude à livrer un couple moteur maximum pour un encombrement diamétral déterminé, mais uniquement sa capacité d'emmagasiner le maximum d'énergie pour un tel encombrement.
Le travail que peut fournir ce mécanisme moteur est en effet maximum lorsque le produit entre le couple Mt, qu'il est susceptible de développer, et la distance angulaire n, que son arbre secondaire est capable de parcourir en n tours, en fournissant ce couple, est maximum, soit W=2n Mt
I1 en découle que, pour un nombre de tours constant, n, de fil enroulé sur la poulie 11, ce travail est également maximum lorsque 2r = R + r0
En réalité, la relation ci-dessus n'est pas rigoureuse parce que les hypothèses émises sont simplificatrices.
En particulier, les rayons d'enroulement du fil sur le grand et sur le petit tambour varient tout au long du fonctionnement du moteur et dépend directement des caractéristiques géométriques des tambours, notamment, d'une part, du rapport existant entre la profondeur de leur gorge et leur rayon moyen et, d'autre part, du coefficient de remplissage de ces gorges qui est fonction pour un fil d'élastomère de qualité donnée essentiellement de la tension Tx imposée à ce fil pour lui assurer une durée de vie admissible, c'est-à-dire des caractéristiques de l'embrayage 14-15.
Cinématiquement, le mécanisme moteur décrit fonctionnerait également si cet embrayage n'existait pas et si les tambours 1 1 et 13 étaient directement solidaires l'un de l'autre. Il a toutefois pu être constaté que, dans un tel cas, les portions terminales du fil arrimées à l'un et l'autre tambour 1 1 et 13 sont l'objet de sollicitations différentes de celles régnant dans le reste du fil.
En particulier, les quelques spires de fil voisines de l'extrémité fixée au tambour 11, respectivement de l'extrémité fixée au tambour 13, sont soumises à une tension inférieure, respectivemnt supérieure, à celle régnant dans le reste du fil.
L'expérience a montré que cette différence de tension va en s'accentuant au fur et à mesure que l'on procède à des opérations de remontage du mécanisme moteur suivies chaque fois d'une phase de travail de ce mécanisme. On voit en particulier, sur le diagramme de la fig. 4, l'allure de la tension sur les différents points de la longueur 1 du fil telle qu'elle se présente, par exemple, après dix cycles successifs de remontage et de travail du mécanisme moteur (courbe x) et après une centaine de ces cycles (courbe y).
Si la tension de rupture du fil est R, il est évident que le fil d'élastomère du mécanisme moteur cassera lors du centième cycle dans sa partie proche de l'extrémité de fixation au tambour 13 de plus faible diamètre.
En outre, comme la tension du fil est beaucoup trop faible au début de l'enroulement du fil sur le grand tambour 11, la distribution du fil sur ce tambour sera alors très irrégulière avec risque d'enchevêtrement entre les différentes spires du fil.
De plus, la tension du fil n'étant constante que sur une faible partie de sa longueur, le couple moteur produit ne sera également pas constant, ce qui est évidemment un handicap sérieux lorsque le mécanisme moteur est destiné à l'entraînement d'une pièce d'horlogerie dont la régularité de marche dépend précisément de la constance du couple fourni.
Grâce à la présence de l'embrayage 14-15, le mécanisme moteur décrit ne connaît pas le défaut mentionné précédemment puisque, si cet embrayage est dimensionné de manière à patiner sous l'action d'un couple
M = Tpb . r, il est impossible de solliciter la partie du fil proche de l'extrémité de fixation sur le petit tambour 13 avec un effort supérieur à TR.
De même, si au début de l'enroulement du fil du petit tambour 13 sur le grand 11 la tension dans le fil est inférieure à TR, le petit tambour demeurera bloqué angulairement et la portion de fil comprise entre l'extrémité de fixation au grand tambour et ce petit tambour commencera par s'enrouler sur le grand tambour en s'étirant et cela jusqu'à ce que la tension du fil devienne égale à Tu. Ce n'est qu'après que le fil emmagasiné sur le petit tambour sera débité, ce dernier se déplaçant, comme le grand tambour, en direction opposée à F (fig. 2).
Le démarrage du petit tambour dans cette direction et sa synchronisation avec le grand tambour sont rendus plus rapides grâce à la présence de la garniture 12, laquelle permet un certain apport d'énergie du grand tambour 1 1 vers le petit 13, lors du remontage du mécanisme, l'importance de cette transmission d'énergie étant fonction des coefficients de frottement existant entre le tambour 11, la garniture 12 et le tambour 13.
A titre d'exemple, un mécanisme moteur du genre décrit, dont les tambours présentent respectivement un diamètre extérieur de 1,3 et de 0,9 cm, et qui est muni
d'un fil d'élastomère de 20 deniers, peut comporter 2500
spires de ce fil sur l'un ou l'autre tambour, soumis à une élongation de 400 o/o sur le grand tambour et de 200 oxo
sur le petit. L'énergie eimnagasinable serait, dans ce cas,
de 25 g.m.
Le mécanisme moteur décrit livre sa puissance alors
que son arbre secondaire 19 tourne à une vitesse relativement élevée tout en fournissant un couple relativement réduit: il se prête en conséquence particulièrement bien à l'entramement du rouage indicateur d'une pièce d'horlogerie, notamment par attaque directe de la roue de
secondes, un rouage démultiplicateur étant prévu entre
cette roue de secondes et les roues de minute et d'heure.
Ce rouage peut donc être exécuté en matière plastique injectée, compte tenu des efforts réduits qu'il aura à supporter.
We know the particularly rapid evolution of clothing fashion, whether in the line of clothes, in the quality of the fabrics used or in the choice of colors. This development is also very marked for various accessories such as shoes, handbags, glasses and, more recently, wristwatches or pendant watches.
With regard to the latter, it has been proposed in particular timepieces each having a bezel or a removable bracelet that the user can replace himself by another bezel or by another bracelet, belonging to a real panoply. of glasses and bracelets sold with the timepiece and presenting a sufficiently different combination of colors and shapes, from element to element, to allow the buyer to periodically adapt the general appearance of his watch to the sartorial canons from the moment. It has thus been possible to place on the market fancy timepieces generally provided with a movement of good quality but offering the user the possibility of modifying their aesthetic appearance as desired.
These timepieces are, however, relatively expensive and consequently only experience very relative commercial success.
Good value watches have also been put on the market, usually having a reduced lifespan and whose general presentation aims to reflect certain artistic, even philosophical or fashion trends of the day: we know, in particular, wristwatches. or with a pendant whose dial, bezel or bracelet are either decorated with patterns inspired by certain colorful representations belonging for example to pop-art or influenced by hippie fashion, or colored in relatively extravagant solid colors.
These watches have a fairly significant success, on the one hand, with the youngest layers of the population, whose purchasing power is generally reduced but whose desire to be characterized has proved to be particularly pronounced in our time, and, on the other hand, also with a certain number of people attaching particular importance to the harmonization of clothing accessories with the genre of the coat or dress worn at the moment.
The reduced price of watches of this kind is mainly due to the choice of materials used for the manufacture of some of their parts, in particular the case, the dial, the bracelet, some sets, the relatively poor quality of the finishes, even the use of structurally very simple and generally imprecise movements. Such a compromise generally does not allow the production of watches of small dimensions, whether in thickness or in diameter.
Despite the efforts made, it has however appeared that the price of these watches cannot be reduced below certain limits even if the manufacture of the parts is fully automated and even if the assembly operations are reduced to the strict minimum. Indeed, these inexpensive watches have a general architecture practically identical to that of watches of a certain price: they all have a barrel, a motor spring, a regulator and a reduction gear.
As a conventional spring motor is only capable of delivering intense torque for low spring relaxation, i.e. for reduced angular displacement of the barrel, it follows that at least the first moving parts of the gear train are subjected to great stresses, which obviously excludes being able to manufacture them in plastic, for example, because this material has the disadvantage of creeping if it is the object of intense stresses. In addition, the reduction factor of this gear must be particularly high, which means that such a gear must be fitted with a large number of moving parts.
If the various parts of the cog could be made of injected plastic, it is obvious that the price of the cog would be reduced in fairly large proportions, this reduction being of course even greater if the number of parts to be manufactured and assembled could be reduced. However, this is only possible on condition of changing the drive mode of the cog, that is to say only if the torque attacking its first moving parts could be reduced in a fairly large proportion compared to the torque produced by a traditional barrel motor. One of the solutions meeting these needs would consist in limiting the spring tension of the barrel motor to a particularly low value but, in this case, the power reserve of a watch provided with such a motor spring would be almost non-existent. .
In fact, the ideal would consist in being able to provide a timepiece with a winding motor capable of storing the same energy as a traditional barrel motor but which would be able to restore this energy to the first mobile of the gear train by driving the latter at a high rotational speed using low torque.
French patent No. 786331 describes an elastomer wire motor whose operating principle meets the above requirements but whose structure is hardly suitable for horological use, in particular for use in a small-sized watch such as a bracelet or pendant watch for example.
This motor, which is essentially intended for driving a propeller for propelling a toy, comprises in particular two rotating drums arranged coaxially, one of which has a diameter greater than that of the other and on which is wound an elastomeric thread, in one direction, on a first drum, and in an opposite direction, on the second, this thread passing from one drum to the other thanks to a return pulley disposed in an off-center position. The propeller is attached to the larger drum, the smaller drum being subjected to the action of a braking means, in particular during reassembly of the motor.
In the latter case, the two drums are kinematically independent from one another, while, in operation of the engine, the first and the second drum are coupled to each other by a clutch.
It has already been proposed to make use of the energy restored by an elastic band subjected beforehand to a torsion or to a traction to ensure the drive of a toy watch. The power reserve of this watch is, however, derisively reduced since a single winding allows it to operate for only a few seconds, or even a few minutes. US Patent No. 2,919,538 describes precisely such a toy.
The object of the present invention is precisely to create a motor mechanism, with an elastomeric thread, the general architecture of which, the mode of operation and the power reserve are particularly suitable for horological use.
It has, for this purpose, for object a motor mechanism, with elastomer wire, for a timepiece, comprising two independent drums mounted idly around a common axis, the diameter of which of the first has a value greater than that of the diameter of the second, these drums being intended for winding a portion of the wire, in a determined direction, on one, and of another portion of wire, in a direction opposite to the previous one, on the other , a pulley for returning the wire from one drum to the other, a coupling clutch for the two drums and means for braking the second drum, characterized in that the pulley is mounted at the free end of a lever integral with a rotary shaft constituting the output shaft of the mechanism, in that said clutch is formed by a friction lining disposed between the drums,
and in that it comprises means for braking the first drum, and a device making it possible to hinder the first drum from rotating in order to wind the mechanism.
The appended drawing represents, by way of example and very schematically, an embodiment of the motor mechanism which is the subject of the present invention:
fig. 1 is an elevation in section;
fig. 2 is a view along II-II of FIG. 1;
figs. 3 and 4 are explanatory diagrams.
The motor mechanism shown is a motor mechanism with elastomeric wire, that is to say a mechanism in which the energy supplied is that accumulated by drawing such a wire during a preliminary winding operation. This yarn can, for example, be made of polyurethane fiber, a material which can undergo, indefinitely and without fatigue, a succession of elongations of 400 o / o or more.
This motor mechanism, which is more particularly intended for driving the indicator gear of a timepiece, comprises a circular plate 1, in which two openings are made, one central, 2 in which a barrel is mounted. 3, the other, off-center, 4 providing passage to a winding axis 5 carrying, at one end, a winding crown 6 and, at the other end, a toothed wheel 7. The positioning of this wheel relative to the plate 1 is provided by a gasket 8 of anti-friction material.
The wheel 7 is engaged with a wheel 9 mounted loose on the barrel 3 and kept distant from the plate 1 by a lining 10 of anti-friction material. This wheel 9 is integral with a drum 11, of large diameter, mounted on the barrel 3 so as to be able to pivot freely on itself.
Following this drum, the barrel 3 carries a friction lining 12 and a second drum 13 of smaller diameter than that of the drum 11, mounted idle on this barrel. The average diameter of the groove of the drum 11 and the average diameter of the groove of the drum 13 are in a ratio substantially equal to 2, or even slightly less, as will be described below.
At its other end, the barrel 3 carries a plate 14 whose face facing the drum 13 is coated with an annular lining 15 of friction material, for example synthetic foam, in contact with this drum and which is intended to develop on the latter a locking action as long as the drum 13 is not subjected to a torque exceeding a determined value, specified below.
In the opening of the barrel 3 are arranged, on the one hand, a socket 16, forming a support for a counter-pivot stone 17, and, on the other hand, a large-hole stone 18, forming a bearing for an axis 19 resting at its end with the stone 17 and pivoted, moreover, in a second stone with a large hole 20, driven into an opening 21 made in the center of a perforated flange 22 fixed to the periphery of the plate 1 by screws 22a .
The axis 19 is the output axis of the motor mechanism.
It carries a lever 23 whose arm 23 A, which has a length greater than the external radius of the drum 11, forms a support for a pulley 24 positioned so as to extend simultaneously above a part of the groove of each drum 11 and 13. This pulley 24 is fixed to the arm 23 A by means of a journal 24a on which it is pivoted.
In its part opposite to the arm 23 A with respect to the axis 19, the lever 23 has a second arm 23 B, having a profile in a sector of a circle and which is essentially intended for balancing the lever.
The drums 11 and 13 are intended for storing an elastomeric thread 25 which is capable of being wound, in one direction, on a drum and, in an opposite direction, on the other, the pulley 24 that carries the lever 23 forming a return member for the portion of wire extending between the drums 1 1 and 13.
As will be seen below, the reassembly of the motor mechanism according to the invention takes place by driving the drum 1 1 in the direction of winding of the wire 25 thereon. As in any other similar mechanism, in which the energy is stored in an elastically deformable element, for example a spring, the motor mechanism described can only be wound up on condition of continuous braking, or even periodic blocking on its output axis.
In the present case, the motor mechanism being intended for driving a timepiece, it is the regulating organ of this part which will provide for this periodic braking or blocking, depending on the type of regulator used, the indicator hands continuing to rotate normally while the motor mechanism is being wound up.
Let us now see how the motor mechanism described works, and in particular what is the value of the torque that it is likely to provide on the secondary axis 19.
To this end, let us first form the four simplifying hypotheses below: 1. The friction occurring between the pulley 24 and its
journal 24a are so small that they are neglected.
2. The braking torque exerted by the cash garnish
tion 15 on drum 13 is constant.
3. The winding diameter of the wire on each tam
bour remains constant, whatever the number of
turns of wire stored at a determined time on
these drums and is taken to be equal to the dia
average meter of the throat of the drums, equal to 2R
for drum 11 and at 2r for drum 13.
4. Wire elongation is a linear function of
tension to which this wire is subjected. It is in particular
link what results from fig. 3 which shows how
varies this elongation as a function of the tension, in
the case of n turns of wire having a total length
equal to 2xr. n when stretched over a drum whose
the groove has an average radius of value r with
a tension Tr while it would have only one length
equal to 2xrO.n in the relaxed state. On a drum whose
the groove has an average radius R, this wire does not
can be wound in n turns only if it is subjected to
a voltage TR> Tr such that
R-r0 TR = Tr R-rO
R r r-rO
As described, the pulley 24 is fixed on a lever 23 integral with a pivoting pin 19.
Whatever its position around the drums 1 1 and 13, the pulley 24 is subjected to forces F1 and F2 contained in the axis of the portion of the wire 25 between this pulley and the drum 11, respectively the drum 13 (fig. . 2).
These forces are each at the origin of a moment, equal to F1. R, for the first, and at F2. r, for the second, the resultant of which is obviously equal to Mt = F1. R-F2 R - Fz r
But, by the first simplifying assumption previously stated, the force F1 is necessarily equal to the force F2, from which it follows that
Mt = F (R - r)
F being the tension of the elastomeric thread.
This relationship being established, let us see what the force F corresponds to, on the one hand, during the reassembly of the motor mechanism and, on the other hand, when the reassembled mechanism restores the energy supplied to it.
A. Reassembling the engine mechanism:
For this purpose, it suffices to drive the drum 1 1 in the direction F (Fig. 2), the pin 19 being angularly locked, which means that the lever 23 and the pulley 24 are kept stationary.
If the torque to be developed on the drum 13 to overcome the action of the clutch 14-15 is equal to M, the thread tension necessary to drive this drum is M
M - T X r or T = -
r
It follows that the torque to which the pulley 24 is subjected is R-r
Mt = T (R - r) = M r and that the tension with which the thread is wound on the drum 1 1 is equal to T.
B. Drive by the motor mechanism:
In this case, the axis 19 is obviously free to rotate, so that the pulley 24 moves as a satellite around the drums 11 and 13; the large drum 11 is fixed and delivers the wire, the small drum 13 is also fixed and receives the wire distributed to it by the pulley 24.
According to the fourth of the previously stated hypotheses, we have T r = TR r-rO and since the torque acting on the pulley is equal to the product of the tension prevailing in the wire by the difference of the mean winding radii R and r drums 11 and 13, or Mt = Tr. (R-r), it follows that the motor torque capable of being developed by the motor mechanism is
EMI3.1
At this point, it should be specified that the voltage Tx is equal to T or
M TR = so that the motor torque is written:
: = M (R-r) (r-r0)
r (R - rO)
If the four hypotheses stated are true, the engine torque is therefore a direct function of the geometric quantities R, r and r0 and of the characteristics of the clutch 14-15 (value of the torque M).
For given dimensions of the large drum 11, depending essentially on the diametral size desired for the motor mechanism, this torque is maximum if its derivative with respect to r is zero, that is to say
If dMt ¯M
dr R-r0 or 2r = R t r0 which makes it possible to obtain the value of the diameter of the small drum 13.
The motor mechanism described can also be sized by considering not its ability to deliver a maximum motor torque for a determined diametral size, but only its capacity to store the maximum amount of energy for such a size.
The work that this motor mechanism can provide is in fact maximum when the product between the torque Mt, which it is capable of developing, and the angular distance n, that its secondary shaft is able to cover in n revolutions, by supplying this torque , is maximum, let W = 2n Mt
It follows that, for a constant number of turns, n, of wire wound on the pulley 11, this work is also maximum when 2r = R + r0
In reality, the above relationship is not rigorous because the assumptions made are simplifying.
In particular, the winding radii of the wire on the large and on the small drum vary throughout the operation of the motor and depend directly on the geometric characteristics of the drums, in particular, on the one hand, on the ratio existing between the depth of their groove and their mean radius and, on the other hand, the filling coefficient of these grooves which is a function, for an elastomer yarn of a given quality, essentially of the tension Tx imposed on this yarn to ensure an admissible lifetime, c 'that is to say characteristics of the clutch 14-15.
Kinematically, the motor mechanism described would also operate if this clutch did not exist and if the drums 11 and 13 were directly integral with one another. However, it has been found that, in such a case, the end portions of the wire secured to one and the other drum 11 and 13 are the subject of different stresses from those prevailing in the rest of the wire.
In particular, the few turns of thread adjacent to the end fixed to the drum 11, respectively the end fixed to the drum 13, are subjected to a lower tension, respectively higher, than that prevailing in the rest of the thread.
Experience has shown that this voltage difference increases as the motor mechanism is wound up, each time followed by a working phase of this mechanism. In particular, it can be seen from the diagram of FIG. 4, the shape of the tension on the various points of the length 1 of the wire as it appears, for example, after ten successive cycles of winding and working of the motor mechanism (curve x) and after a hundred of these cycles (y curve).
If the thread breaking tension is R, it is obvious that the elastomeric thread of the motor mechanism will break during the hundredth cycle in its part near the end of attachment to the drum 13 of smaller diameter.
In addition, as the thread tension is much too low at the start of winding the thread on the large drum 11, the distribution of the thread on this drum will then be very irregular with the risk of entanglement between the different turns of the thread.
In addition, since the tension of the thread is constant only over a small part of its length, the motor torque produced will also not be constant, which is obviously a serious handicap when the motor mechanism is intended to drive a motor. timepiece whose regularity depends precisely on the constancy of the torque supplied.
Thanks to the presence of the clutch 14-15, the motor mechanism described does not have the aforementioned defect since, if this clutch is dimensioned so as to slip under the action of a torque
M = Tpb. r, it is impossible to stress the part of the wire close to the fixing end on the small drum 13 with a force greater than TR.
Likewise, if at the start of winding the thread of the small drum 13 on the large 11 the tension in the thread is less than TR, the small drum will remain blocked angularly and the portion of the thread between the end of the attachment to the large drum and this small drum will begin by winding itself on the large drum while stretching and this until the tension of the thread becomes equal to Tu. It is only after this that the thread stored on the small drum will be fed, the latter moving, like the large drum, in the opposite direction to F (fig. 2).
The start of the small drum in this direction and its synchronization with the large drum are made faster thanks to the presence of the lining 12, which allows a certain supply of energy from the large drum 1 1 to the small 13, when reassembling the mechanism, the importance of this energy transmission being a function of the friction coefficients existing between the drum 11, the lining 12 and the drum 13.
By way of example, a motor mechanism of the type described, the drums of which respectively have an outer diameter of 1.3 and 0.9 cm, and which is provided with
of a 20 denier elastomeric yarn, may have 2500
turns of this wire on one or the other drum, subjected to an elongation of 400 o / o on the large drum and 200 oxo
on the little one. The storable energy would, in this case, be
of 25 g.m.
The motor mechanism described delivers its power then
that its secondary shaft 19 rotates at a relatively high speed while providing a relatively reduced torque: it therefore lends itself particularly well to the driving of the indicator gear of a timepiece, in particular by direct drive of the control wheel.
seconds, a reduction gear being provided between
this seconds wheel and the minute and hour wheels.
This train can therefore be made of injected plastic, given the reduced forces that it will have to withstand.