CH690874A5

CH690874A5 - Verfahren zum dynamischen Auswuchten und Abgleichen eines mechanischen Schwingsystem.

Info

Publication number: CH690874A5
Application number: CH01211/96A
Authority: CH
Inventors: Daniel Hug
Original assignee: Witschi Electronic Ag
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 2001-02-15

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten und Abgleichen eines die Unruh mit auf der Unruhwelle aufgepresster Hebelscheibe und Spirale mit Spiralrolle umfassenden Schwingsystems einer Uhr, bei der die Erfassung der Unwucht im normalen Betrieb erfolgt, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 8.

Infolge der gestiegenen Anforderungen der Klientschaft an die Ganggenauigkeit ihrer mechanischen Uhren wird bei der Herstellung der Uhrwerke, bzw. der Bestandteile und dem nachfolgenden Abgleich höchste Präzision verlangt.

Mit den bisherigen Herstellungsverfahren ist es aber nicht möglich, Unruh und Spiralfeder mit derart geringen Toleranzen herzustellen, dass ein Schwingsystem die Sollfrequenz mit ausreichender Genauigkeit aufweist. Die vorhandenen Schwerpunktfehler im Schwingsystem Unruh/Spiralfeder und der Einfluss der Hemmung führen zu unterschiedlichen Fehlern in unterschiedli chen vertikalen Lagen der Uhr. Die Feinregulierung bei mechanischen Uhren, die die Anforderungen eines Chronometers, d.h. einer Uhr mit offiziellem Gangzertifikat, erfüllen, wird durch Uhrmacher mit spezieller Ausbildung und Fähigkeit im Regulieren ausgeführt. Solche Fachkräfte sind aber selten und es ist schwer, solche überhaupt zu finden und zudem wird viel Zeit benötigt, nämlich bis 20 Minuten pro Uhr.

Mit den üblichen Herstellungsverfahren ist es nicht möglich, Unruh und Spiralfeder mit derart geringen Toleranzen herzustellen, dass ein fertiges Schwingsystem die Sollfrequenz ohne jegliche Korrektur mit der notwendigen Genauigkeit aufweist. Die meisten Uhren besitzen eine Vorrichtung (Raquette genannt) mit der die Schwinglänge der Spiralfeder verkürzt werden kann, um die Frequenz der Schwingung zu verändern. Der Einstellbereich ist aber auf einen geringen Winkel begrenzt, sodass auch die Einstellung des Ganges begrenzt ist. Deshalb wurde die Frequenz des Schwingsystems vor dem Einbau genügend genau abgestimmt, sodass die Raquette nur zur nachträglichen Feinstabgleichung benützt werden musste.

Dazu sind zwei Methoden bekannt:

1) Beim Zählen des Spirals wird das Schwingsystem bestehend aus Unruh und aufgesetzter Spirale durch Verkürzen der vorsorglicherweise zu lang bemessenen Spiralfederlänge auf Sollfrequenz abgestimmt. Dieses Verfahren hat den Nachteil einer starken Streuung der geometrischen Dimensionen der abgeglichenen Spiralfedern aufgrund der in der Seriefabrikation unvermeidlichen Toleranzen des Massenträgheitsmomentes der Unruh und der Elastizität der Spiralfeder.
2) Beim Verfahren der Klassierung werden Massenträgheitsmoment der Unruh und Elastizitätsmoment der Spiralfeder ausgemessen und in Klassen eingeteilt. Nach diesen Klassen werden Unruh und Spiralfeder ge paart. Die Spiralfeder wird vorgängig gemäss vorgegebenen Radien und Winkeln geschnitten.

Dieses Verfahren hat aber unter anderem den Nachteil einer begrenzten minimalen Klassenbreite und relativ grossen Restfehlern von bis zu 150 s/d und einer begrenzten Leistung.

Als grossen Nachteil ist festzustellen, dass keine neuen Geräte mehr für die Klassierung hergestellt werden. Zudem lassen sich beide Verfahren nur sehr schlecht automatisieren. Heute wird die Unruh vor dem Montieren der Spiralfeder ausgewuchtet. Anhand der auf einem Balancier-Auswuchtsystem ermittelten Grösse und Lage der Unwucht wird die berechnete Menge Material mit einer Fräsvorrichtung abgetragen. Um die übrigen Restfehler und die Einflüsse der andern Komponenten der Gangpartie zu eliminieren, werden in der fertig montierten Uhr noch Korrekturen vorgenommen. Eine davon ist die Methode des dynamischen Auswuchtens, die heute in verschiedenen Varianten angewendet wird. Dabei wird anhand des Ganges diejenige vertikale Lage der Uhr bestimmt, in der die Gangbeeinflussung einer Unwucht am grössten ist. Danach wird von Hand eine gewisse Menge Material am Unruhreif entfernt.

Oftmals muss der Vorgang mehrmals wiederholt werden, bis die Lagefehler genügend klein sind.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die sich leicht zur Erzielung der erwünschten Ganggenauigkeit automatisieren lässt.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 erreicht, derart, dass bei fertig montiertem Uhrwerk die Schwingfrequenz und die Schwingamplitude der Unruh in mehreren Lagen festgestellt wird, dass aus diesen Daten ein vorhandener Schwerpunktfehler der gesamten Gangpartie nach Winkel und Abstand von der Unruhwelle von der Formel ausgehend
EMI4.1

mit
TA Halbschwingungsdauer
m Masse der Unruh
g Gravitationskonstante
rs Radius des Schwerpunktes
J Massenträgheitsmoment der Unruh
alpha Winkel des Schwerpunktes gegenüber der Senkrechten
@0 Amplitude der Unruh
J1(@0) Bessel-Funktion
berechnet wird, dass dann die Unruh mit dem Schwerpunktfehler in Richtung zu einem Abtragungswerkzeug angehalten wird, dass dort eine vorgegebene Menge Material auf- oder abgetragen wird, und dass dieser Vorgang wenn notwendig solange wiederholt wird, bis sich der Schwerpunkt wenigstens angenähert in der Unruhwelle befindet.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Körperschallmikrofon zur Aufnahme der Geräusche der Hemmung, ein Fotosensor zur Bestimmung der Drehrichtung der Unruh, einen Rechner zur Verarbeitung der digitalisierten Signale aus dem Körperschallmikrofon, eine Unruh-Stoppschaltung, um die Unruh in der vom Rechner bestimmten Drehlage gegenüber einer Abtragevorrichtung anzuhalten.

Die Schwingung der Unruh ist isochron, wenn nur die Kraft der Spiralfeder auf sie einwirkt. Damit diese Bedingung erreicht wird, muss das gesamte Schwingsystem im Gleichgewicht sein, d.h. der Schwerpunkt von Unruhwelle, Unruh, Hebelscheibe, Spiralrolle und Spiralfeder muss sich in der Unruhwelle auf deren Achse befinden. In horizontaler Lage der Uhr hat ein Schwerpunktfehler praktisch keinen Einfluss. Dieser wirkt sich aber in vertikaler Lage der Uhr auf den Gang der Uhr aus. Die Qualität des Auswuchtens der Unruh hat somit einen direkten Einfluss auf die Ganggenauigkeit der Uhr in vertikalen Lagen. Werden alle Faktoren berücksichtigt, die den Gang der Uhr in den vertikalen Lagen beeinflüssen können, so führt dies zum Schluss, dass es nicht genügt, die Unruh allein in vollkommenes Gleichgewicht zu bringen.

Vielmehr muss die gesamte, tatsächlich vorkommende Unwucht der Gangpartie summiert und während des Bewegungsablaufes erfasst werden.

Nach der Erfindung wird zuerst die Lage des Schwerpunktfehlers des Unruh/Spiralfeder Schwingsystems aufgrund des gemessenen Ganges und der Amplitude der Unruh in mehreren vertikalen Lagen der Uhr, wie z.B. Krone oben, Krone rechts, Krone unten und Krone links berechnet. Dabei wird nicht nur der Schwerpunktfehler der Unruh erfasst, sondern die tatsächlich wirksame summierte Unwucht der gesamten Gangpartie mit Hemmung und Regulierorgan während ihres Bewegungsablaufes ermittelt. Für die Berechnung wurde von der bekannten Formel ausgehend ein Verfahren erfunden, das erlaubt, die Grösse und die Lage des Schwerpunktfehlers genau zu erfassen:
EMI5.1

mit
TA Halbschwingungsdauer
m Masse der Unruh
g Gravitationskonstante
rs Radius des Schwerpunktes
J Massenträgheitsmoment der Unruh
alpha Winkel des Schwerpunktes gegenüber der Senkrechten
@0 Amplitude der Unruh
J1(@0) Bessel-Funktion

Nachfolgend wird eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung der betroffenen Uhrwerksteile mit Mess- und Auswertegeräten.

Im fertig montierten voll aufgezogenen Uhrwerk werden die Geräusche der Hemmung durch ein Körperschallmikrofon 10 aufgenommen und mittels einer Verstärkerschaltung 11 verstärkt und digitalisiert. In einem Mikroprozessor 12 werden die digitalisierten Signale gefiltert und aufbereitet und an die Unruh-Stopp Schaltung 20 weitergeleitet. Der Mikroprozessor 12 gibt zudem stetig die berechneten Amplitudenwerte an den Rechner 50. Mit einem Lichtleiter-Reflextaster 13 wird die Ankerbewegung zur Bestimmung der Halbschwingung und damit die Drehrichtung der Unruh festgestellt. Mit einem Fotosensor 14 werden die Lichtimpulse aufbereitet und ebenfalls der Unruh-Stopp-Schaltung 20 zugeführt.

Anhand der momentanen Amplitude der Unruh und der berechneten Winkelinformation wird vom Rechner 50 die Auslöseverzögerung gegenüber dem jeweiligen ersten Schlaggeräusch berechnet und an die Unruh-Stopp-Schaltung 20 übermittelt. Diese löst zur berechneten Zeit die Unruh-Stopp-Vorrichtung 21 aus. Damit soll die schwingende Unruh so angehalten werden, dass die Position der Unwucht mit der Achse der Bohr-, Fräseinheit zusammenfällt. Bei Verwendung eines Lasers zur Abtragung müsste grundsätzlich die Unruh nicht angehalten, sondern zur berechneten Zeit direkt der Laser ausgelöst werden.

Die Unruh-Stopp-Vorrichtung 21 besteht aus einer Blattfeder, die im Bereich des Reifes der Unruh mit einem Gummiüberzug versehen ist. Um sehr kurze Zeiten im Bereich von 1 ms zu erreichen, wird die Blattfeder durch einen schnellen elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktuator betätigt.

Für die Abtragung des Materials kann ein Bohrer oder ein Fräser 26 im Verbindung mit einer Vorschubeinheit seitlich durch eine, bei jedem Uhrwerk vorhandene \ffnung auf die Peripherie des Reifes der Unruh 1 zugeführt werden. Die für die Bohrung berechnete Bohrtiefe wird bei optimaler Drehzahl durch den Antrieb 24 und die Steuerung 23 gewährleistet.

Für den Gangabgleich werden an zueinander symmetrisch gegenüberliegenden Stellen auf dem Reif der Unruh 1 gleiche Beträge abgetragen. Für die Korrektur des berechneten Schwerpunktfehlers und des Restbetrages für den Gangabgleich werden unterschiedlich grosse Teilbeträge, deren Summen dem Restbetrag des Gangabgleiches entsprechen, in einem zweiten Abgleichschritt abgetragen.

Anstelle des Abtragens von Material am Reif der Unruh 1 könnte auch Material aufgetragen werden. Dazu wird an der Position der Unwucht oder an einer anderen berechneten Stelle der Unruh, bei angehaltener Unruh, geringe Materialmengen von etwa 1 mu g in einem seitlichen Einstich am Reif der Unruh aufgetragen. Das Auftragen kann durch Anschweissen, Kleben oder Einpressen erfolgen. Durch Kombination von Abtragen und Auftragen von Material kann die Frequenz des Schwingsystems in beiden Richtungen korrigiert werden.

Wenn vorangehend immer von angehaltener Unruh die Rede war, so gilt dies vor allem bei mechanischem Abtrag von Material. Selbstverständlich braucht die Unruh bei Abtragung mittels Strahlung, wie z.B. mittels eines Laserstrahls oder mittels eines Plasmastrahls, nicht angehalten zu werden, weil die Zeit für die Einwirkung des Strahles unvergleichlich viel kürzer ist als der mögliche, in derselben Zeit zurückgelegte Weg des Reifs der Unruh.

Claims

1. Verfahren zum Auswuchten und Abgleichen des Ganges eines die Unruh mit auf der Unruhwelle aufgepresster Hebelscheibe und Spirale mit Spiralrolle umfassenden Schwingsystems einer Uhr, bei der die Erfassung der Unwucht im normalen Betrieb erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei fertig montiertem Uhrwerk die Schwingfrequenz und die Schwingamplitude der Unruh in mehreren Lagen festgestellt wird, dass aus diesen Daten der Schwerpunkt der gesamten Gangpartie nach Winkel und Abstand von der Unruhwelle von der nachstehenden Formel EMI8.1 mit TA Halbschwingungsdauer10 m Masse der Unruh g Gravitationskonstante rs Radius des Schwerpunktes J Massenträgheitsmoment der Unruh alpha Winkel des Schwerpunktes gegenüber der Senkrechten @0 Amplitude der Unruh J1(@0) Bessel-Funktion berechnet wird,

dass dann die Unruh mit dem Schwerpunkt in einer zum voraus definierten Position angehalten wird, und dass dort eine vorgegebene Menge Material auf- oder abgetragen wird, um den Schwerpunkt wenigstens angenähert in die geometrische Achse der Unruhwelle zu verschieben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt in mehreren Lagen der Uhr, wie Krone oben, Krone rechts, Krone unten und Krone links, vermessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen mittels Laserimpuls erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen mittels einer Fräse oder einem Bohrer (26) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich mittels Auftragens von Material erfolgt.

6.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerbewegung mittels eines Tasters (13, 14) zur Bestimmung der jeweiligen Drehrichtung der Unruh (1) festgestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster ein Lichtleiter-Reflextaster (13) mit einem Fotosensor (14) ist.

8. Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Körperschallmikrofon (10) zur Aufnahme der Geräusche der Hemmung, einen Mikroprozessor (12) zur Verarbeitung der digitalisierten Signale aus dem Körperschallmikrofon (10) und eine von einer Unruh-Stoppschaltung (20), gesteuerte Unruh-Stoppvorrichtung (21) um die Unruh in der von einem Rechner (50) bestimmten Drehlage gegenüber einer Abtragevorrichtung (24) anzuhalten.

9.

Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlage gegenüber einer bei jeder Uhr vorhandenen \ffnung festgelegt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unruh-Stoppvorrichtung (21) zur Beschleunigung ihrer Betätigung einen elektromagnetischen oder einen piezoelektrischen Aktuator umfasst.