Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dünnen Kunststoffskalenscheiben, insbesondere Datumsrädern, für Uhren. Solche Artikel können im Mechanismus einer Armbanduhr verwendet werden.
Ziel der Erfindung ist, eine leichte dünne Kunststoffskalenscheibe anstelle einer schweren metallischen Skalenscheibe für Uhren zu schaffen, um deren Mechanismus leichter zu betreiben. Weiter sollen diese Kunststoffskalenscheiben billig durch Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Bisher wurden dünne Skalenscheiben, insbesondere Datumsräder, aus Messing oder Aluminium hergestellt.
Aber es ist nicht wünschenswert, dass die Skalenscheiben für den Mechanismus der Uhren schwer sind. Deshalb wurde auch schon eine Kunststoffskalenscheibe anstelle der metallischen vorgeschlagen. Als Herstellungsverfahren dafür gibt es das Spritzgussverfahren, welches zur Herstellung von Kunststoffartikeln verwendet wird. Bei der Herstellung dünner Scheiben treten jedoch verschiedene Schwierigkeiten auf. Eine dieser Schwierigkeiten ist, dass die Skalenscheiben äusserst dünn und von hoher Präzision sein müssen. Zum Beispiel müssen die Datumsräder im allgemeinen etwa 0,3 mm dick sein, und solche Kunststoffskalenscheiben gehören zu den dünnsten Artikeln, die durch Spritzguss hergestellt werden können. Die bisher erhältlichen Kunststoffdatumsräder wurden nicht im herkömmlichen Spritzgussverfahren hergestellt.
Da die geformte Skalenscheibe eine verbleibende Spannung hat, wird sie durch Alterungsänderungen verformt und verliert ihre richtigen Abmessungen. Ein Datumsrad muss insbesondere äusserst genau eben sein, was eine Bedingung für seine Verwendung in dem Mechanismus einer Armbanduhr ist. Daher wurde eine Wärmebehandlung vorgeschlagen, bei der der Spritzgussartikel in einer genau passenden Form, die ein oberes und ein unteres Teil umfasst, eingeschlossen und wärmebehandelt wird. Solche Wärmebehandlungsformen sind äusserst kostspielig, und das Wärmebehandlungsverfahren erfordert viel Mühe und ist daher in der Praxis für die Herstellung von Kunststoffskalenscheiben, insbesondere von Kunststoffdatumsrädern, nicht geeignet.
Ziel der Erfindung ist, das Spritzgussverfahren und das Wärmebehandlungsverfahren für Kunststoffskalenscheiben zu verbessern. Erfindunsgemäss wird dazu ein Verfahren vorgeschlagen, um eine genaue dünne Kunststoffskalenscheibe, insbesondere ein Kunststoffdatumsrad, herzustellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein Kunstharz in einer metallischen Form durch Spritzgiessen zu einer Skalenscheibe mit angeformtem Aussen- oder Innenrand verformt, wobei der Aussen- bzw.
Innenrand mehr als doppelt so dick wie die Scheibe ist, dass man die Scheibe samt Innen- bzw. Aussenrand frei auf einer metallischen Platte bei 80 + 5" C tempert, dass man dann den Aussen- bzw. Innenrand entfernt und die erhaltene dünne Scheibe zwischen polierten Metallplatten unter Gewichts belastung bei 110 + 5C erneut wärmebehandelt.
Die Erfindung wird in bevorzugten Ausführungsbeispielen im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine vergrösserte Draufsicht auf ein Kunststoffdatumsrad, das das Enderzeugnis des erfindungsgemässen Verfahrens ist.
Fig. 2 ist eine vergrösserte Seitenansicht eines Schnittes durch die Mitte der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine vergrösserte Draufsicht auf ein dazugehöriges gegossenes rohes Kunststoffdatumsrad.
Fig. 4 ist eine vergrösserte Seitenansicht eines Schnittes durch die Mitte der Fig. 3.
Fig. 5 ist eine vergrösserte Draufsicht des dazugehörigen fertigen Kunststoffzahnrades.
Fig. 6 ist eine vergrösserte Seitenansicht eines Schnittes durch die Mitte der Fig. 5.
Fig. 7 ist eine vergrösserte Draufsicht auf das gegossene rohe Zahnrad der Fig. 5.
Fig. 8 ist eine vergrösserte Seitenansicht eines Schnittes durch die Mitte der Fig. 7.
Fig. 9 ist eine vergrösserte Draufsicht auf ein anderes gegossenes rohes Zahnrad der Fig. 5.
Fig. 10 ist eine vergrösserte Seitenansicht eines Schnittes durch die Mitte der Fig. 9.
Fig. 11 ist eine vergrösserte Draufsicht auf eine gegossene rohe Kunststoffskalenscheibe mit Anschlagvorsprüngen.
Fig. 12 ist eine vergrösserte Seitenansicht eines Schnittes durch die Mitte der Fig. 11.
Fig. 13 ist eine vergrösserte Seitenansicht einer fertigen Kunststoffskalenscheibe der Fig. 11.
Fig. 14 ist eine vergrösserte Draufsicht auf ein gegossenes rohes Kunststoffdatumsrad mit einem Antriebsritzel.
Fig. 15 ist eine vergrösserte Seitenansicht eines Schnittes durch die Mitte der Fig. 14.
Fig. 16 ist eine vergrösserte Seitenansicht des fertigen Datumsrades der Fig. 14.
In den Fig. 1 und 2 ist ein fertiges Kunststoffdatumsrad gezeigt, welches eine kreisförmige Skalenscheibe 1 mit einer weiten kreisförmigen Öffnung, einen vorspringenden Teil 2, der etwas von der Oberfläche dieser Scheibe 1 am Umfang dieser Öffnung der Scheibe 1 vorspringt, und ein Innenzahnrad 3 umfasst, welches an der Innenseite dieses vorspringenden Teiles 2 angebracht ist. In den Fig. 3 und 4 ist ein gegossenes rohes oder unbearbeitetes Datumsrad gezeigt, welches diese kreisförmige Skalenscheibe 1, den vorspringenden Teil 2, das Innenzahnrad 3 und ausserdem einen kreisförmigen Einfassungsrand 4 aufweist. Die Datumszahlen auf diesem Datumsrad können in bestimmten Abständen durch ein herkömmliches Verfahren auf die kreisförmige Skalenscheibe 1 gedruckt werden.
Erfindungsgemäss ist die Spritzgussform des Datumsrades so ausgebildet, dass sie einen Kunststoffgegenstand erzeugt, wie er in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, so dass dieser gegossene Gegenstand eine Skalenscheibe 1 mit einem vorspringenden Teil 2 und einem Innenzahnrad 3 und einem kreisförmigen Einfassungsrand 4 umfasst. Dieser Einfassungsrand 4 ist ringförmig mit rechteckigem Querschnitt und wird von der Skalenscheibe 1 nach der Vorwärmebehandlung abgeschnitten, aber er spielt erfindungsgemäss eine wichtige Rolle, wie später beschrieben wird. Es ist schwierig, direkt eine Kunststoffskalenscheibe von 0,3 mm Dicke, wie sie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, durch gewöhnlichen Spritzguss herzustellen, da geschmolzene Harze nicht vollständig in den Hohlraum einer Form, die den Fig. 1 und 2 entspricht, eingespritzt und eingefüllt werden können.
Wenn versucht wird, ein Kunststoffharz in einen solchen Hohlraum der Form einzufüllen, ist es erforderlich, dass die Temperatur der Form, der Einspritzdruck und die Temperatur des geschmolzenen Kunststoffharzes sehr hoch sind, und ausserdem muss die Einspritzgeschwindigkeit grösser gemacht werden als bei dem herkömmlichen Spritzgussverfahren, und der Anguss und die Eingussöffnung der Form müssen grösser gemacht werden als beim herkömmlichen Spritzgussverfahren. Jedoch werden die Probleme der Schweissnaht, der inneren Spannungen und der Deformation des Datumsrades auch durch das in obiger Weise geänderte Gussverfahren nicht gelöst. Die Erfindung macht es möglich, diese Schwierigkeiten durch ein verbessertes Spritzguss- und Wärmebehandlungsverfahren zu überwinden.
Die Erfindung verbessert nämlich das Fliessen der geschmolzenen Harze, indem eine Form verwendet wird, die einen Hohlraum, der den Fig. 1 und 2 entspricht, und einen Hohlraum, der einem ringförmigen Einfassungsrand 4 entspricht, umfasst, so dass ein Gegenstand gegossen wird, wie er in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Dieser Einfassungsrand 4 wird dicker gemacht als der vorspringende Teil 2, und dementsprechend hat die Form ein grosses Hohlraumvolumen, das diesem Einfassungsrand 4 entspricht. Daher ist die Erfindung in bezug auf das Fliessen des geschmolzenen Harzes von dem herkömmlichen Giessen verschieden, bei dem das geschmolzene Harz direkt von einer kleinen Öffnung des Eingusskanals zu dem Hohlraum einer Skalenscheibe fliesst.
Bei der erfindungsgemässen Form wird das geschmolzene Harz zuerst von einer Vielzahl von Eingussöffnungen in den Hohlraum dieses Einfassungsrandes 4 eingespritzt und fliesst dann glatt und gleichförmig vom Umfang her in den Hohlraum der Skalenscheibe 1 und anschliessend in den Hohlraum des vorspringenden Teiles 2 und den Hohlraum des Innenzahnrades 3. Daher können der Einspritzdruck, die Temperatur der Form und die Temperatur des geschmolzenen Harzes die gleichen sein wie bei dem herkömmlichen Giessen. Weiter wird die Skalenscheibe 1, die mit dem Einfassungsrand 4 aus einem Stück besteht, gegossen, ohne dass eine Schweissaaht an ihr gebildet wird. Auf diese Weise wird das Problem des Fliessens des geschmolzenen Harzes gelöst. Das Datumsrad muss auch so eben wie möglich sein.
Es ist jedoch unvermeidlich, dass eine gegossene Kunststoffscheibe und insbesondere eine so extrem dünne Kunststoffscheibe sich früher oder später durch eine kleine innere Spannung verbiegt. Erfindungsgemäss wird das Problem der Ebenheit der Skalenscheibe 1 dadurch gelöst, dass sie zusammen mit dem kreisförmigen Einfassungsrand 4 gegossen und zweimal wärmebehandelt wird. Die Abmessungen des Einfassungsrandes 4 sind jedoch ein entscheidender Faktor in bezug auf die Ebenheit der dünnen Kunststoffplatte. Bei der Herstellung der Form müssen die Schrumpfung und das Verbiegen der Skalenscheibe beachtet werden, und es müssen mehrere Probegüsse durchgeführt werden, während der Hohlraum des kreisförmigen Einfassungsrandes bei einer vorläufigen Form verbessert wird. Während die Probegussartikel untersucht werden, kann diese Form in der folgenden Weise verbessert werden.
Wenn die Skalenscheibe 1 des Probegusses in Fig. 4 nach oben konvex ist, muss die obere ebene Fläche B in dem Hohlraum des Einfassungsrandes 4 etwas abgeschabt werden. Dann wird die durch die korrigierte Form gegossene Skalenscheibe eben. Wenn die Skalenscheibe des Probegusses in Fig. 4 nach unten konkav ist, muss die untere ebene Fläche C in dem Hohlraum des Einfassungsrandes 4 etwas abgeschabt werden. Dann wird die durch die korrigierte Form gegossene Skalenscheibe eben.
Wie oben angegeben wurde, wird das Korrigieren der vorläufigen Form durch Abschaben der Ebene B oder C des dem Einfassungsrand 4 in der Form entsprechenden Hohlraumes erreicht, wobei die Ebenheit der Skalenscheibe 1 bei dem Probeguss beobachtet wird. Auf diese Weise wird die vorläufige Form zu einer praktisch verwendbaren Form korrigiert, welche eine genau ebene Skalenscheibe giessen kann.
Das geschmolzene Kunstharz kann in die Form von zahlreichen Eingussöffnungen eingespritzt werden, die sich an dem dem Einfassungsrand 4 entsprechenden Hohlraum befinden, und die geformten Skalenscheiben können ausgestossen werden, indem gegen den Einfassungsrand 4 gedrückt wird, wodurch keine Marken oder Schrammen an der Oberfläche der Skalenscheibe 1 zurückbleiben. Als nächstes wird die geformte rohe Skalenscheibe wärmebehandelt, um die Deformation, insbesondere ihre Unebenheit, durch Alterungsänderungen zu verhindern. Die Vorwärmebehandlung für diese geformte rohe Skalenscheibe wird so durchgeführt, dass mehrere Scheiben auf eine waagrechte metallische Platte gebracht werden und bei der vergleichsweise niedrigeren Temperatur wärmebehandelt wird, ohne dass die Scheiben zwischen Platten eingeschlossen werden.
Bei der Wärmebehandlung tritt natürlich ein Schrumpfen des gegossenen Artikels auf.
Aber der ringförmige Einfassungsrand 4 hält die ringförmige Skalenscheibe 1 so, dass Unebenheiten und das Krümmen dieser Skalenscheibe 1 verhindert werden. Dadurch wird eine solche Scheibe, wie die extrem dünne Skalenscheibe 1, eben gehalten, ohne dass sich eine wellenförmige Unebenheit oder eine Krümmung ergibt. Nach dem Vorwärmebehandeln wird der Einfassungsrand 4 von der Skalenscheibe 1 durch Stanzen oder Schleifen abgeschnitten. Als nächstes wird die geschnittene Skalenscheibe 1 der Endwärmebehandlung in folgender Weise unterworfen. Zahlreiche dieser geschnittenen Skalenscheiben 1 werden in einem Abstand zueinander auf eine ebene, polierte, metallische Platte gebracht und eine andere ebene, metallische Platte wird auf diese geschnittenen Skalenscheiben 1 so gebracht, dass ein gewisses Gewicht auf jeder dieser Skalenscheiben 1 lastet.
Die Skalenscheiben 1 werden in einem Heizgerät wärmebehandelt, wobei sie auf diese Weise eingeschlossen sind.
Es stehen viele Kunstharze für das Spritzgussverfahren zur Verfügung, aber die erfindungsgemäss am besten geeigneten synthetischen Harze sind Polyacetalharz, verschiedene Nylonharze und Polycarbonatharz. Beim Spritzgussverfahren, das Polyacetalharz verwendet, wird das Harz bei der Temperatur von etwa 1900 C geschmolzen und die Form wird auf die Temperatur von 75 + 5C erwärmt. Eine Skalenscheibe 1, wie sie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, ist 0,3 mm dick, hat einen Aussendurchmesser von 24 mm und einen Innendurchmesser von 16 mm, und der in den Fig. 3 und 4 gezeigteringförmige Einfassungsrand 4 ist etwa 0,7 mm dick und etwa 2 mm breit und hat demgemäss einen Aussendurchmesser von etwa 28 mm.
Nachdem eine solche Skalenscheibe 1 in einem Stück mit diesem Einfassungsrand 4 durch Spritzgussverfahren geformt und von der Form ausgeworfen ist, bleibt sie für vierundzwanzig Stunden bei Normaltemperatur und wird dann bei einer Temperatur von 80 + 5 C für 60 bis 90 Minuten in einem Heizgerät wärmebehandelt, ohne belastet zu werden, und wird dann von dem Heizgerät entfernt und gekühlt. Der Einfassungsrand 4 wird von der Skalenscheibe 1 durch Schleifen oder Stanzen abgeschnitten. Zahlreiche dieser Skalenscheiben 1 werden wieder in das Heizgerät eingebracht und bei einer Temperatur von 110 +5 C für etwa zehn Stunden wärmebehandelt, wobei jede dieser Skalenscheiben 1 mit einer Belastung von etwa 150 g Gewicht zwischen Metallplatten eingeschlossen ist.
Nach der Wärmebehandlung werden die Skalenscheiben 1 langsam abgekühlt und aus dem Heizgerät herausgezogen. Auf diese Weise werden Datumsräder für den Mechanismus einer Armbanduhr hergestellt. Das Aussehen der Datumsräder, die erfindungsgemäss hergestellt sind, ist gut, sie sind nicht beschädigt und nicht verformt. Nachdem sie einige Monate gelagert waren, wurden sie in regelmässigen Abständen bezüglich ihrer Alterungsänderungen untersucht, aber es konnte kaum eine Verformung festgestellt werden. Die Untersuchungen dieser Datumsräder werden im folgenden gezeigt.
Die Ebenheit ist vollständig und es konnte keine Alterungsänderung innerhalb eines Jahres nach der Herstellung festgestellt werden. Der Schrumpfungskoeffizient bei jedem Verfahrensschritt ist in der folgenden Tabelle als Verhältnis der Schrumpfung des Datumsrades zu der Abmessung der Form bei Normaltemperatur gezeigt.
Schrumpfung
Verfahrens- Giessen Vorwärme- Endwärme schritt behandlung behandlung
Koeffizient 1,6 % 1,9 % 2,2 %
Im vorhergehenden wurde eine Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben, die die Herstellung eines Kunststoffdatumsrades einer Armbanduhr betrifft, aber die Erfindung kann ebenso auf die Herstellung einer dünnen kreisförmigen Kunststoffscheibe 1 angewendet werden, die einen vorspringenden Teil 2 und ein Aussenzahnrad 3 hat, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Diese Ausführungsform wird nach dem folgenden Verfahren hergestellt.
Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, wird eine dünne kreisförmige Scheibe 1 spritzgegossen, welche in ihrer Mitte mit einer Öffnung des erforderlichen Durchmessers und einem kreisförmigen Einfassungsrand 4 von geeigneter Breite und Dicke an der Innenseite dieser Öffnung versehen ist. Ebenso kann, wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, eine dünne kreisförmige Kunststoffscheibe 1 spritzgegossen werden, welche mit einer Öffnung des erforderlichen Durchmessers und einer kreisförmigen Scheibe 4 mit geeigneter Dicke anstelle des kreisförmigen Einfassungsrandes 4 versehen ist. Das Verfahren zur Herstellung der kreisförmigen Scheibe, die in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, ist dasselbe, wie es oben beschrieben wurde.
Andere Anwendungen der Erfindung sind die Herstellung von Kunststoffskalenscheiben 1 mit einem Anschlagvorsprung 5, wie in den Fig. 11 bis 13 gezeigt ist, und die Herstellung eines Kunststoffdatumsrades einer Armbanduhr mit einem Antriebsritzel 6 unter der Mitte dieses Datumsrades, wie in den Fig. 14 bis 16 gezeigt ist. Die Herstellungen umfassen dieselben Verfahrensschritte, wie sie oben bei den Spritzgussverfahren der Skalenscheibe 1, die aus einem Stück mit dem kreisförmigen Einfassungsrand 4 oder der kreisförmigen Scheibe 4 besteht, beschrieben wurde.
Weiter können verschiedene andere äusserst dünne kreisförmige Kunststoffscheiben nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden, die eine sehr hohe Genauig keit und keine Alterungsänderungen aufweisen.