Die vorliegende Erfindung befasst sich mit den Bewegungsvorgängen in zeithaltenden Geräten und im besonderen mit einer neuartigen Ankerhemmung.
Die Ankerhemmung bei zeithaltenden Geräten steuert die Freigabe der Energie von einer Energiequelle, beispielsweise einer Zugfeder, in der Art, dass die abgegebene Energie oder Leistung in einer fortlaufenden und regulierten Reihe von periodischen Impulsen besteht. Die Genauigkeit und der Wirkungsgrad der Ankerbewegung sind wichtig, um die Güte einer Uhr zu bestimmen.
In praktisch allen Taschen- und Armbanduhren wird gegenwärtig eine Ankerhemmung verwendet. Diese allgemein verwendete Ankerhemmung weist ein gezahntes Gangrad auf.
das über eine Anzahl von Rädern Energie von einer Zugfeder oder einer anderen Energiequelle erhält. Ferner ist ein Anker vorgesehen, der um eine Achse zwischen seinen Enden schwenkbar angeordnet ist, wobei diese Achse ausserhalb des Umfangs des Gangrades ist. Ferner hat der Anker an dem einen Ende eine Ankergabel und am anderen Ende ein Paar von in Form eines T angeordneten Armen, die jeweils einen Hebestein tragen, der sich in zeitlicher Abhängigkeit mit dem Anker bewegt, wobei diese Hebesteine in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der dem Abstand zwischen den Zähnen des Gangrades gemäss einer allgemein benützten Formel entspricht, und ferner ist eine Unruh vorgesehen. die auf einer Unruhwelle angeordnet ist und die eine Hebelscheibe mit einer Ellipse trägt. Die Unruh ist mittig auf der Unruhwelle angeordnet, und mit der letzteren ist eine Spiralfeder verbunden.
Wenn die Uhr nicht läuft, d. h. wenn die Zugfeder nicht aufgezogen ist, ist einer der Hebesteine zwischen zwei Zähnen des Gangrades angeordnet, so dass dieses gegen jede weitere Drehung gesperrt ist. Wenn nun die Zugfeder aufgezogen wird und der Hebestein aus seiner Hemmstellung entfernt wird, so beginnt der Vorgang der gesteuerten Freigabe der Energie der Zugfeder. Das durch die Zugfeder über Zahnräder angetriebene Gangrad wird gegen den Hebestein gedrückt. der das Gangrad vorher gegen Drehung gesperrt hat.
Der Hebestein bewegt sich nun von der Mitte des Gangrades weg und der Anker wird geschwenkt. Der gabelartige Teil des Ankers wird gegen die Ellipse gedrückt, so dass die Unruh sich dreht und die Spiralfeder gespannt wird.
Die Spiralfeder federt dann rückwärts, wodurch eine Drehung der Unruh in entgegengesetzter Richtung und ferner ein Anschlagen der Ellipse gegen den Gabelteil des Ankers erfolgt. Der Anker dreht sich um seine Schwenkachse, so dass nun einer seiner beiden Hebesteine zwischen die Zähne des Gangrades einfällt. wodurch dieses zeitweilig gegen weitere Drehung gesperrt wird.
Eine Ankerhemmung dieser Art erfordert Mittel. um die Schwingung des Ankers zu begrenzen. Ein solches Mittel kann beispielsweise in der Verwendung von Anschlagstiften bestehen, wobei ein Stift an jeder Seite des Ankers angeordnet ist. Ein weiteres Mittel. das bereits vorgeschlagen, jedoch selten gebraucht wird, ist eine Anschlagfläche an den einzelnen Zähnen des Gangrades, auf die der Hebestein auftrifft.
wenn er die Grenze seiner Bewegung in Richtung auf die Mitte des Gangrades zu erreicht. Ein weiteres Erfordernis dieser bekannten Ankerhemmung besteht in einem positiven Zug des Ankerarmes dem Mittelpunkt des Gangrades zu.
und zwar durch die Kurvenwirkung der einzelnen Zähne des Gangrades und der jeweiligen Hebesteine, um so sicherzustellen. dass ein Hebestein jeweils in Hemmstellung verbleibt.
bis er durch die Ellipse wegbewegt wird, wodurch dann der Anker wieder schwenkt. Diese Wirkung kann durch eine Kurvenfläche entweder am Zahn oder am Hebestein erreicht werden. Ein weiteres Erfordernis ist eine gleichmässige Lage und eine Austauschbarkeit der Hebesteine. Ein Weg, um dies zu erreichen, besteht darin, dass ein Hemmstift in der Form eines grossen D verwendet wird, wie dies beispielsweise in dem USA-Patent 1 327 226 dargestellt und beschrieben ist.
Bisher waren grosse Sorgfalt und ein hoher Kostenaufwand erforderlich, um zu gewährleisten, dass die oben beschriebenen Teile die richtige Beziehung und Lage zueinander haben, um so einen genauen Gang zu erreichen. Ein Umstand, der einen genauen Gang verhindern kann, ist die grosse Ver änderlichkeit in der Höhe des Zuges eines Zahnes auf einen Hebestein von dem Punkt aus, wo die beiden sich treffen, bis zu dem Punkt, an dem nun dieser Zug vervollständigt ist. Dieser Zug wird auf der Stirnfläche des Hebesteines oder des Zahnes erzeugt, je nachdem. wo die Kurvenfläche angebracht ist. Der Zug wird durch einen Winkel (Zugwinkel) bestimmt, der von der Drucknormalen abweicht.
Ein weiterer Umstand, der einen genauen Gang verhindern kann, besteht in der ungenauen Lage der Hebesteine infolge einer falschen Anordnung auf dem Anker oder durch eine Biegung des letzteren, so dass nun der Hebestein einen Zahn in unrichtiger Weise berührt, wodurch die ganze Ankeranordnung zum Stillstand kommen kann. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass jeder Zahn den einzelnen Hebesteinen einen Maximalimpuls zur Erreichung eines maximalen Wirkungsgrades erteilen muss. Eine weitere Schwierigkeit liegt in der Schmierung, und zwar derart. dass das Schmiermittel entweder von den zu schmierenden Teilen fortfliessen oder klebrig werden kann, wodurch ebenfalls der Gang der Uhr beeinträchtigt wird.
Dieser Nachteil ist besonders an der Stelle vorhanden, wo der Hebestein auf den Zahn auftrifft und ferner auch an der Hemmfläche des Zahnes, da die üblichen D-förmigen Hebesteine mit scharfen Ecken hergestellt werden, um einen maximalen Impuls zu erreichen.
Es sind bereits Ankerhemmungen üblicher Art bekannt, bei welchen die Amplitude der Unruh durch eine spezielle Form der Hebesteine begrenzt wird. Auch gemäss der vorliegenden Erfindung sind die Hebesteine zum gleichen Zwecke speziell geformt, nämlich D-förmig im Querschnitt stirnseitig gesehen. wobei sie jeweils am Übergang von der ebenen Impulsfläche zu der Rundfläche abgerundet sind. Beide Hebesteine sind identisch ausgebildet, was die Herstellung verbilligt. Ihre Form ergibt einen gleichmässigen Zug, was die Ganggenauigkeit der Uhr erhöht. Ferner ist erfindungsgemäss zwischen den Hebesteinen ein ganz bestimmter Abstand vorhanden. der ein gleichmässiges Spiel des Fallweges der Hebesteine ermöglicht.
An sich sind auch im Querschnitt D-förmige Hebesteine bereits bekannt, jedoch ist deren Anordnung unter einem bestimmten Winkel und in einem bestimmten Abstand, wie gemäss der vorliegenden Erfindung, neu. Bei dieser neuen Anordnung wird der Vorteil erhalten, dass der Zugwinkel ausschliesslich durch die Winkel der Hebesteine bestimmt wird. so dass der Zug gleichmässig ist, und dass wie oben bereits gesagt ein gleichmässiges Spiel des Fallweges der Hebesteine ermöglicht wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen genauen Gang und einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ohne dass die Sorgfalt und die Kosten um eine richtige Grösse, Abmessung und relative Stellung der Teile zu erreichen, erhöht werden. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ankerhemmung für zeithaltende Geräte mit einem schwenkbaren, ein Paar von Hebesteinen autweisenden Anker, einem antreibbaren.
gezahnten Gangrad, einer schwingenden und mit dem Anker zusammenwirkenden Unruh zur schrittweisen Steuerung des Gangrades, dessen Zahnflächen in Rotationsrichtung zur Bildung eines Zugwinkels abgeschrägt sind, wobei die Hebesteine teilzylindrisch mit einer entsprechenden Rundfläche und einer diese verbindenden ebenen Impulsfläche und damit im Querschnitt stirnseitig gesehen D-förmig und jeweils am Übergang von der ebenen Impulsfläche zu der Rundfläche abgerundet sind.
Die erfindungsgemässe Ankerhemmung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hebesteine unter einem solchen Winkel angeordnet sind, dass während des Zugs ihre Bewegung ausschliesslich durch die Eingriffwirkung des Zahnzugwinkels bestimmt wird und beim Verschwenken des Ankers und Bewegen der einzelnen Hebesteine in die Bahn der Gangradzähne jeweils der in der Bahn eines Gangradzahnes befindliche Hebestein gegen die Zugfläche des Zahnes gezogen und an dieser Fläche verriegelt wird, und dass die Hebesteine auf dem Anker in einem Winkelabstand voneinander angeordnet sind, gemessen von der Aussenseite des Eintrittshebesteins bis zur Innenseite des Ausgangshebesteins, der um 5' bis 2" grösser ist als der durch die Formel 360" (Anzahl der durch x die Hebesteine (Anzahl der Gangradzähne) überspannten definierte Abstand.
Gangradzähne)
In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung einer üblichen Ankerhemmung mit rechtwinkeligen Hebesteinen, um die in der Beschreibung benützten Ausdrücke zu erklären und die Art der Erfindung besser zu verdeutlichen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ankerhemmung gemäss der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Einzelheiten der Gangverhältnisse gemäss der Erfindung,
Fig. 4 bis 8 schematische Darstellungen der Beziehung der Hebesteine zu den Zähnen im Verlauf der Bewegung des Ankers.
Bei der bekannten Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Gangrad 1 über nicht dargestellte Zahnräder mit dem Federgehäuse der Zugfeder verbunden. Würde das Gangrad in seinem Lauf nicht gehemmt werden, so würden sich die Zahnräder mit voller Geschwindigkeit drehen, bis die Zugfeder vollständig abgelaufen ist. Das Gangrad 1 wird an einer solch freien Drehung durch die Wirkung eines im wesentlichen T-förmigen Ankers 2 gehindert, der um eine Achse 3 schwenkbar ist. Die aufrecht stehenden Hebesteine 4 (Eingang) und 5 (Ausgang) sind bei dieser Art der Ankerhemmung von rechteckiger Form und sind miteinander durch zwei Arme des Ankers 2 verbunden. Der Anker 2 hat an seinem oberen Ende eine Ankergabel 6, die ein linkes Gabelstück 7 mit einem Horn 7a und ein rechtes Gabelstück 8 mit einem Horn 8a aufweist.
Der zwischen den beiden Gabelteilen vorhandene freie Raum ist einer senkrecht stehenden Ellipse 9 angepasst, die an der Unruh 10 oder einer nicht dargestellten grossen Hebelscheibe befestigt ist. Eine Sicherheitsrolle 11 ist unterhalb der Unruh angeordnet und schwingt mit der Unruhwelle 12, um so zu verhindern, dass der Anker ausser Eingriff mit dem Gangrad kommt. Der ausgenommene halbmondförmige Teil 1 la der Sicherheitsrolle 11 gestattet nun ein Vorbeigehen der Hebelscheibe, wenn der Anker nicht gesperrt ist, und lässt die Hebelscheibe sich ihrer Steuerstellung nähern. Auf entgegengesetzten Seiten des Ankers 2 angeordnete Begrenzungsstifte 23 und 23a begrenzen die Schwingung des Ankers.
Der Ausgangshebestein 5 ist in seiner verriegelten oder Hemmstellung gezeigt. Das Gangrad wird am Drehen in seiner normalen Drehrichtung im Uhrzeigersinn durch die Fläche 13 des Hebesteines 5, die gegen die Ferse 14 des Gangradzahnes 15 anliegt, gehindert. Der Gangradzahn ist bei 39 hinterschnitten. In dieser Lage wird der Hebestein 5 durch die Bewegung des Gangradzahnes der Mitte des Gangrades zu gezogen. Die Fläche des Hebesteines (in diesem Fall die linke), die in Berührung mit dem Gangradzahn kommt und die bestimmt, welchen Anteil der Bewegung die Zugwirkung hat, wird im folgenden als Zugfläche bezeichnet.
Die Ruhefläche ist derjenige Teil des Hebesteines oder Gangradzahnes, der das Gangrad am Drehen dadurch hindert, dass es gegen die Spitze des Gangradzahnes bzw. des Hebesteines anliegt. Bei einer rechtwinkeligen Hebesteinanordnung ge- mäss Fig. 1 befinden sich die Ruhefläche und die Zugfläche am Hebestein.
Fig. 2 zeigt eine verbesserte Ankerhemmung gemäss der Erfindung, bei der das Gangrad 1 eine besonders ausgebildete Kurvenfläche (Federkurve) 21 aufweist, die im folgenden als Anschlagfläche bezeichnet wird und die die Grösse der Schwingung des Ankers 2 begrenzt und steuert. Hierdurch wird ein Rückprall verhindert, der durch den auf die Begrenzungsstifte auftreffenden Anker verursacht wird. Bei der Ankerhemmung gemäss der Erfindung hat die Anschlagfläche neben ihrer Ecke 22 ein Kurvenstück 51 mit einem nach aussen gewölbten Radius. Dieser nach aussen gewölbte Radius, der mit der Abrundung 28 des Hebesteines 27 zusammenwirkt, gewährleistet, dass nur ein Linien- und kein Flächenkontakt zwischen dem Hebestein und der Anschlagfläche vorhanden ist und ferner, dass die Anschlagfläche und die Oberfläche des Hebesteines rasch ausser Berührung kommen.
Die Herabsetzung der Berührungsfläche vermeidet die Möglichkeit des Klebens zwischen dem Hebestein und dem Gangrad, die infolge einer Verdickung des Schmieröls'eintritt. Das Kurvenstück 51 gewährleistet ferner, dass ein Ölreservoir von dem richtigen Umfang und der richtigen Form an der Ecke 22 vorhanden ist. Wenn das Ölreservoir nicht die richtige Grösse und Form aufweist, so verlässt das Öl entweder dieses Reservoir ohne weiteres oder trocknet ein und wird klebrig.
Das Gangrad 1 hat vorzugsweise 15 Kolbenzähne. Diese Kolbenzähne sind alle gleich, und ebenfalls sind auch die Hebesteine 26 und 27 miteinander gleich.
Letztere haben die Form. der üblicherweise verwendeten D-förmigen Hebesteine, jedoch mit einer Abweichung von der üblichen Praxis, die darin besteht, dass eine Abrundung vorgesehen ist, wo der kreisförmige Teil des D auf den flachen Teil auftrifft. Diese Abweichung ist bedeutsam. Bei der Verwendung der üblichen D-förmigen Hebesteine wird durch die Ecken derselben eine grosse Abnützung an der Fläche des Kolbenzahnes hervorgerufen, und dies wiederum ergibt eine unvollkommene und wenig wirksame Berührung zwischen der Hebefläche 24 des Zahnes und dem Hebestein.
Der Grund für diese unvollkommene Berührung besteht darin, dass die Einführung eines Zuges, wie oben beschrieben, notwendigerweise einen zusätzlichen Faktor einführt, der darin besteht, dass das Gangrad 1 um einen gewissen Winkel nach rückwärts gedreht wird, wenn die Unruh den Anker und den Hebestein aus der Ruhelage freigibt und den Hebestein nach oben anhebt. Die Zahnferse trifft auf die Antriebsfläche 40 des Hebesteines unter einem bestimmten Winkel auf, der für die einzelnen Uhren verschieden ist. Im ersten Augenblick des Impulses ist der Winkel der gleiche ohne Rücksicht auf die Form der Ecken des Hebesteines, und ein Impuls findet erst dann statt, wenn ein bestimmter kritischer Winkel erreicht ist.
Ohne Rücksicht auf die Form der Ecke ergibt die Winkelbeziehung eine wirksame Schiebeberührung zwischen dem Hebestein und der Zahnferse 14, und zwar etwa an der Stelle 52 etwa der Mitte der Antriebsfläche 40 des Hebesteines zu (siehe Fig. 3).
Gemäss der Erfindung wird nun von der üblichen Praxis insofern noch abgewichen, als an den einzelnen Hebesteinen abgerundete Ecken vorgesehen sind. Die Verwendung solcher abgerundeter Ecken ergibt keinen Verlust an Impulskraft, wie allgemein angenqmmen wird, weil der Zahnfuss selten, wenn überhaupt, den Hebestein an der Ecke desselben mit grosser Kraft berührt. Die abgerundete Ecke wischt nun das Öl nicht von der Zahnfläche ab, wie dies häufig bei Hebesteinen mit scharfen Ecken eintritt. Ausserdem wird hierdurch die Abnützung an der Zugfläche des Kolbenzahnes vermindert.
Die D-förmigen Hebesteine sind auf dem Anker so angeordnet, dass die Abrundung 28 des Hebesteines an der Fläche des Kolbenzahnes gleitet, wenn die einzelnen Hebesteine in ihren Hemm- und Zugstellungen sind. Die Länge der Zugbewegung und die Länge der Zugfläche wird zwischen den Linien 35, 35a gemessen, und zwar vom Schwerpunkt 3 des Ankers 2 aus (siehe Fig. 3). Die Kurvenfläche, die den Zug steuert, d. h. die Zugfläche ist nun auf dem Kolbenzahn und nicht mehr auf dem Hebestein. Wenn die Zugfläche sich auf dem Kolbenzahn befindet, wird die quantitative Wirkung der Zugfläche zur Steuerung der Zugwirkung, d. h. der Zugwinkel des Kolbenzahnes dadurch gemessen, dass eine Linie 30 von der Mitte 29 des Gangrades zur Zahnferse 14 des Kolbenzahnes und eine weitere Linie 31 von der Zahnferse 14 entlang der Zahnfläche gezogen wird.
Der so entstehende Winkel ist der sogenannte Zugwinkel 32, der gemessen wird. Es wurde festgestellt, dass ein optimales Arbeiten eintritt, wenn der Zugwinkel zwischen 10 und 16 ist.
Der Winkel, der die Bewegungsrichtung des Hebesteines in bezug auf die Zugfläche des Kolbenzahnes bestimmt, ist ein wichtiger Faktor für die Symmetrie der Bewegung und daher für die Genauigkeit. Wenn die Veränderlichkeit dieses Winkels herabgesetzt werden kann, so bedeutet dies eine minimale Veränderlichkeit in der Bewegung des Ankers. Der Winkel kann, wie in dem folgenden Beispiel gemäss Fig. 3 dargelegt, bestimmt werden. Wenn sich der Eingangshebestein 26 in seinem äussersten Kontaktpunkt 48 mit der Zahnferse 14 befindet, so wird dieser Winkel durch Einzeichnen einer Linie 48a vom Schwenkpunkt des Ankers 3 zu Punkt 48 bestimmt. Anschliessend wird eine Linie 36 senkrecht zur Linie 48a am Berührungspunkt gezogen. Eine weitere Linie 37 wird dann vom Berührungspunkt 48 entlang der Zugfläche des Kolbenzahnes eingezeichnet.
Der betreffende Winkel ist nun der Winkel zwischen der Linie 36 und 37, d. h. der Winkel 45. In dem Beispiel des Hebesteines 26 ist dieser am äussersten Berührungspunkt 10 45 Minuten. In der gleichen Weise wird der betreffende Winkel für den Eingangshebestein an seiner innersten Stellung 49 mit 140 gemessen, wobei die Linie 36a der Linie 36 und die Linie 37a der Linie 37 entspricht. Da die Zugfläche des Kolbenzahnes gerade ist, verändert sich der Zugwinkel des Zahnes nur um einen Betrag, der im wesentlichen gleich dem Winkel zwischen den Winkeln 36a und 36 ist.
Für den Ausgangshebestein 27 an seinem äussersten Berührungspunkt wird der Winkel in der gleichen Weise auf 13" 20 Minuten (Winkel 46) bestimmt, und für einen Ausgangshebestein an seiner innersten Stellung ist er 100 55 Minuten (Winkel 46a). Der Durchschnitt oder das Mittel der Extremwerte für den Eingangshebestein, nämlich 12" 22 Minuten, und das Mittel für die Extremwerte des Ausgangshebesteines, nämlich 12" und 7 Minuten, sind im wesentlichen gleich, wodurch sich eine im wesentlichen symmetrische Bewegung ergibt.
Der Abstand am äussersten Teil der Schwingung des Ankers vom obersten Teil des Kolbenzahnes bis zum Hebesteinteil in der grössten Nähe der Mitte des Gangrades, der im folgenden als Fallwinkel bezeichnet wird, ist gleich für die beiden Hebesteine. Dieser gleiche Fallwinkel, der ebenfalls nur eine Abweichung in der üblichen Praxis darstellt, wird in der Ankerhemmung durch eine besondere Abstandhalterung der Hebesteine voneinander auf dem Anker erreicht. In der üblichen Praxis besteht die allgemein anerkannte Formel darin, dass die Hebesteine 21/2 Zähne überspannen sollen.
Um nun 21/2 Zähne zu überspannen, müssen sie 60 voneinander entfernt sein. Die Ankerhemmung gemäss der Er findung ergibt für die Hebesteine eine Spannung von 60 und 24 Minuten zwischen den Linien 33 und 34, d. h. gemessen von der linken Kante des linken Hebesteines bis zur linken
Kante des rechten Hebesteines. In dem Augenblick, wenn die einzelnen Hebesteine ihre Hemmfläche verlassen und gerade beginnen, über die Antriebsfläche zu gleiten, beträgt der Win kel 30 und 12 Minuten relativ zu der Linie durch die Mitte
29 des Gangrades und den Ankerschwenkpunkt 3. Der Vor teil eines gleichen Fallwinkels besteht darin, dass die Her stellungstoleranzen der Teile nicht so genau zu sein brauchen wie im Fall eines ungleichen Fallwinkels.
Die Ankerhemmung gemäss der Erfindung ergibt eine abstandsgleiche Hemmung, da die Abrundungen 28 und 38 der Hebesteine jeweils den gleichen Abstand vom Anker schwenkpunkt 3 haben. Der Impuls wird auch in den anderen
Kolbenzahnlücken zwischen der Hebefläche 24 des Kolben- zahnes und der Antriebsfläche 40, dem unteren Teil des
Hebesteines, aufgeteilt.
Bei der Betätigung gemäss den Fig. 4-8 beginnt der Ein gangshebestein 26 seinen Abstieg (Fig. 4), kommt dann in
Berührung mit der Ferse 14 des Kolbenzahnes (Fig. 5), wird dann nach unten in die Ecke 22 und in die Hemmstellung durch die Zugfläche des Kolbenzahnes (Fig. 6) gezogen.
Dann wird er von seiner Hemmstellung durch die Rück schwingung des Ankers (Fig. 7) angehoben. In Fig. 8 gibt die Ferse 14 einen Impuls an die Antriebsfläche des Hebe steines 27. Wie in den üblichen Kolbenzahnlücken sind die
Hebefläche des Kolbenzahnes und die Antriebsfläche des
Hebesteines unter einem Winkel zueinander angeordnet, um die Reibung herabzusetzen.
Es sei darauf hingewiesen, dass Hebesteine der erfindungs gemässen Ankerhemmung gleiche Sperrung, einen gleichen
Fallwinkel und einen in bestimmten Grenzen gleichen Zug winkel zwischen der Bewegungsrichtung der Hebesteine und der Zahnflächen aufweisen, wodurch sich eine im wesent lichen symmetrische Bewegung und ein genauer Gang ergeben.