CH710502A2 - Uhrwerk für Grossuhr. - Google Patents

Abstract

Ein Uhrwerk (20) mit einem Antrieb (2), einer Zahnradübersetzung (4–7), einem Ankerrad (26), einer Hemmung (9) und einem Gangregler weist ein Zwischenrad (21) auf, das zwischen dem letzten Zahnrad (7) der Zahnradübersetzung (4–7) und dem Ankerrad (26) angeordnet ist. Das Zwischenrad (21) ist koaxial zum Ankerrad (26) angeordnet, wobei an dem Zwischenrad (21) ein Stift (22) exzentrisch zur Drehachse des Zwischenrads (21) fest angeordnet sind und an diesem Stift (22) eine Spiralfeder (23) befestigt ist, die spiralförmig um den Stift (22) verläuft. Am Stift (22) ist ein Zahnrad (24) frei drehend gelagert. Das radial äussere Ende der Spiralfeder (23) ist durch ein Verbindungselement (25) mit dem Zahnrad (24) verbunden. Eine Verzahnung (27) am Ankerrad (26) greift in die Verzahnung des Zahnrads (24) ein. Die Speicherung der Antriebsenergie in der Spiralfeder (23) ermöglicht, anstelle einer getakteten Bewegung, eine kontinuierliche Bewegung des Räderwerks, wobei nur das Ankerrad (26) angehalten und beschleunigt wird. Das Uhrwerk (20) verfügt dank der geringeren notwendigen Antriebskraft über eine längere Laufzeit, eine erhöhte Ganggenauigkeit, eine verminderte Geräuschentwicklung bei verminderter Abnützung.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Uhrwerk, insbesondere mit einem Orbital-Antrieb, insbesondere für Grossuhren wie Turm- oder Wanduhren.

Stand der Technik

[0002] In bekannten Grossuhren wie zum Beispiel Wanduhren oder Turmuhren wird eine Feder oder ein Gewicht dazu eingesetzt, um über eine Zahnradübersetzung ein Ankerrad anzutreiben. Die Bewegung des Ankerrades wird dabei durch den Anker (Ankerhemmung) gesteuert, welcher in einem bestimmten Zeitintervall einen Zahn des Ankerrades freigibt.

[0003] Nach der Freigabe und Bewegung zum nächsten Zahn wird das Ankerrad wieder angehalten. Dabei wird die Masse des gesamten Räderwerks der Uhr gestoppt, und bei der Freigabe muss die gleiche Masse wieder beschleunigt werden. Das Stoppen und Beschleunigen verursachen nicht nur das bekannte Ticken der Uhr sondern auch Schläge auf die Zähne des Ankerrads und die Ankerstifte des Ankers, wobei dieses ständige, heftige Aufprallen zu einer Abnützung des Ankerrads führt. Bei jedem Stoppen der Drehbewegung des Ankerrades wird viel Energie vernichtet, und beim nächsten Takt muss zur Beschleunigung des gesamten Räderwerkes jeweils diese Energie wieder eingesetzt werden. Ein konventionelles Uhrwerk dieser Art ist in Fig. 1 dargestellt. Ein solches Uhrwerk 1 wird von einem Gewicht 2 angetrieben, das über eine Schnur an einer ersten Radachse 3 befestigt ist. Ein Räderwerk mit mehreren Zahnrädern 4–7 dient der Übertragung des Drehmoments auf ein Ankerrad 8. Der Anker 9 mit Ankerstiften 10 und einem Pendel 11 als Gangregler des Uhrwerks bewegt sich gemäss der Bewegung des Pendels 11 mit bestimmter Länge hin und her. Dadurch bewegen sich die Stifte 10 des Ankers so, dass die Stifte sich aus dem Zwischenraum zwischen den Zähnen 12 des Ankerrads 8 weg bewegen und danach wieder in den nächsten Zwischenraum hineingreifen und die Bewegung wieder anhalten. So wird eine Bewegung des Ankerrads 10 gemäss der Pendelbewegung periodisch freigegeben und wieder angehalten.

Darstellung der Erfindung

[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Uhrwerk insbesondere für eine Grossuhr zu schaffen, das im Vergleich zu Uhrwerken des Standes der Technik eine kleinere Antriebsenergie für den Betrieb benötigt.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Uhrwerk nach Anspruch 1 gelöst. Das Uhrwerk weist einen Antrieb, eine Zahnradübersetzung zur Übertragung eines Drehmoments auf ein Ankerrad, eine Hemmung und einen Gangregler auf. Erfindungsgemäss weist das Uhrwerk ein Zwischenrad auf, das zwischen dem letzten Zahnrad der Zahnradübersetzung und dem Ankerrad geschaltet ist, wobei das Zwischenrad und das Ankerrad koaxial zueinander angeordnet sind. An dem Zwischenrad ist exzentrisch zur Achse des Zwischenrads ein Stift fest angeordnet, der parallel zur Drehachse des Zwischenrads und dem Ankerrad verläuft. An diesem Stift ist eine Spiralfeder befestigt, die spiralförmig um den Stift herum verläuft. Zudem ist auf diesem Stift ein zusätzliches Zahnrad frei drehend gelagert. Das radial äussere Ende der Spiralfeder ist mit einem Element fest verbunden, das sich parallel zum Stift von der Spiralfeder bis zum zusätzlichen Zahnrad erstreckt und am Zahnrad befestigt ist. Das Ankerrad weist erfindungsgemäss insbesondere eine Verzahnung auf, wobei die Verzahnung des Ankerrads in die Verzahnung des zusätzlichen Zahnrads eingreift.

[0006] Als Antrieb treibt beispielsweise eine Feder oder ein Gewicht über die Zahnradübersetzung das koaxial zum Ankerrad angeordnete Zwischenrad an, wobei das Zwischenrad aber nicht mit dem Ankerrad verbunden ist.

[0007] Der Stift mit der Spiralfeder und dem sich darauf frei drehenden zusätzlichen Zahnrad ist beispielsweise am Umfang oder im Randbereich des Zwischenrads angeordnet.

[0008] Während das zusätzliche Zahnrad auf dem Stift am Zwischenrad frei gelagert ist, ist es jedoch über die Spiralfeder mit dem Zwischenrad gekoppelt. Bei Drehung des Zwischenrads und gleichzeitig stillstehendem Ankerrad wälzt sich das zusätzliche Zahnrad auf dem Ankerrad ab. Dabei wird die Spiralfeder so lange gespannt, bis ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Antriebs-Drehmoment des Uhrwerks und dem in der Spiralfeder gespeicherten Drehmoment herrscht.

[0009] Gibt nun die Hemmung, beispielsweise ein Anker, einen Zahn des Ankerrades frei, beschleunigt die in der Spiralfeder gespeicherte Energie das frei drehende Zahnrad und damit das Ankerrad. Die dabei zu überwindende Massenträgheit ist klein, da das Ankerrad lediglich aus einem Ring bestehen kann, da kein Drehmoment zwischen Nabe und Aussenring übertragen werden muss. Die Antriebsenergie greift also direkt an der Verzahnung am Aussenring des Ankerrades an. Bei dieser kurzzeitig wirkenden Beschleunigung des Ankerrades muss der gesamte Antriebsmechanismus des Uhrwerks mit seiner grossen Masse und Massenträgheit nicht beschleunigt werden. Die in den Beschleunigungsvorgang des Ankerrades involvierte Massenträgheit ist also sehr gering.

[0010] Dank der zusätzlich möglichen Zahnradübersetzung zwischen dem Zwischenrad und dem Ankerrad resultiert ein kleinstmögliches Drehmoment, welches für die Beschleunigung des Ankerrades bereitgestellt werden muss und dessen Weiterdrehung in kürzester Zeit bewirkt.

[0011] Durch den einerseits intermittierenden Charakter der Drehmomentweiterleitung an das Ankerrad und die anderseits beliebig gross wählbare Massenträgheit des Zwischenrads in Kombination mit der Federspeicherung des Drehmoments in der Spiralfeder des zusätzlichen Zahnrades resultiert eine nahezu gleichförmige Drehung des Zwischenrads und damit des gesamten vorgeschalteten Antriebsstranges des Uhrwerks bis hin zum Feder- oder Gewichtsantrieb.

[0012] Das Ankerrad wird also nicht direkt vom Getriebe sondern über das vorgeschaltete Zwischenrad angetrieben.

[0013] Steht das Ankerrad still, dreht sich das von einem Gewicht angetriebene Zwischenrad solange, bis das in der Spiralfeder gespeicherte Drehmoment im Gleichgewicht mit dem Antriebsdrehmoment steht.

[0014] Wird das Ankerrad durch den Anker freigegeben, beschleunigt das zusätzliche Zahnrad, das massearm und klein ausgeführt werden kann, kraft der gespeicherten Federenergie das ebenfalls massearme Ankerrad rasant. In dem erfindungsgemässen Uhrwerk bewegt sich also der gesamte Antriebsstrang mit Ausnahme des Ankerrads in etwa gleichmässig und kontinuierlich und ist nicht dem getakteten, kräfteverschleissenden Anhalten und Wieder-Beschleunigen unterworfen.

[0015] Auch ein grosser bis sehr grosser Uhrenmechanismus lässt sich so mit sehr bescheidener Antriebsenergie betreiben, was sich auf Laufdauer, Laufruhe, Ganggenauigkeit, Geräuschentwicklung und Abnützungsverhalten günstig auswirkt.

[0016] Die nahezu gleichförmige Drehbewegung der gesamten Zahnradübersetzung erfordert ein kleineres Antriebsdrehmoment als dies bei einem Start-Stop-Rhythmus des Uhrwerkes wie bei einem konventionellen Uhrwerk für das periodische Neustarten des stillstehenden Räderwerks und Ankerrads erforderlich wäre. Diese Reduzierung der erforderlichen Energie beruht auf dem Grundsatz, dass Gleitreibung, die bei der stetigen Weiterbewegung besteht, kleiner ist als die Haftreibung. Das erfindungsgemässe Uhrwerk weist ausser dem Ankerrad keine stillstehenden Räder auf. Es muss deshalb auch kaum Haftreibung überwunden werden.

[0017] Das Ankerrad einer Uhr gemäss der Erfindung kann somit in sehr kurzer Zeit mit wenig Energie beschleunigt werden. So kann ein Uhrwerk selbst mit mehreren hundert Kilogramm schweren Rädern mit geringstmöglicher Antriebskraft betrieben werden. Die Abnützung der Räder, deren Zähne und der Ankerstifte wird dadurch erheblich vermindert und eine längere Betriebsdauer ohne Wartungsarbeiten ist ermöglicht.

[0018] Die minimalst nötigen Antriebskräfte ermöglichen eine Anwendung der Erfindung insbesondere bei grossen mechanischen Getrieben, welche einem intermittierenden Betriebszyklus unterworfen sind.

[0019] Die geringstmögliche Belastung des Antriebsstranges durch die kontinuierliche Bewegung der Räder im gesamten Antriebsstrang und das Fehlen von Schlägen und abrupten Unterbrüchen des Kraftflusses im Antriebsstrang ermöglichen eine hohe Ganggenauigkeit durch konstante Reibungsverhältnisse. Daraus ergibt sich eine geringstmögliche Geräuschentwicklung, da die vom Anker abzubremsenden Massen und damit die Aufprallenergie der Ankerradstifte auf dem Anker klein ist.

[0020] In einer Ausführung der Erfindung weist das Uhrwerk nicht nur ein zusätzliches, frei drehendes Zahnrad sondern zwei oder mehr zusätzliche, frei drehende Zahnräder der gleichen Art und Anordnung im Uhrwerk auf, die je auf einem Stift angeordnet sind, die mit dem Zwischenrad fest verbunden sind, wobei diese Stifte exzentrisch zur Drehachse des Zwischenrads angeordnet sind und parallel zur Drehachse des Zwischenrads verlaufen. Jede der Stifte, also der Achsen der zusätzlichen Zahnräder, weisen alle jeweils eine Spiralfeder auf, deren äusseres Ende über ein parallel zur Achse des Zahnrads verlaufendes Element mit dem zusätzlichen Zahnrad fest verbunden ist. Zudem greifen die Zähne jedes der zusätzlichen Zahnräder in die Verzahnung des Ankerrads ein.

[0021] In einer Ausführung ist der Gangregler des Uhrwerks als Pendel ausgeführt. In einer weiteren Ausführung ist der Antrieb durch eine Feder oder ein Gewicht realisiert.

[0022] In einer weiteren Ausführung ist die Hemmung durch einen Anker mit Ankerstiften realisiert.

[0023] In einer weiteren Ausführung ist die Verzahnung am Ankerrad eine äussere Verzahnung.

[0024] In einer weiteren Ausführung ist die Verzahnung am Ankerrad eine Innenverzahnung.

[0025] In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das Zwischenrad durch ein Ringrad oder einen auf der Drehachse gelagerten Balken realisiert, auf dem exzentrisch zur Drehachse das eine oder die mehreren Stifte angeordnet sind, wobei wiederum an den exzentrischen Stiften je eine Spiralfeder und ein frei drehendes zusätzliches Zahnrad angeordnet sind, und jeweils ein mit der Spiralfeder und dem Zahnrad fest verbundenes Element sich parallel zum Stift erstreckt.

[0026] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines schematisch gezeigten Uhrwerks näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren weisen jeweils auf gleiche Elemente hin.

Kurze Beschreibung der Figuren

[0027] <tb>Fig. 1<SEP>zeigt ein Uhrwerk gemäss dem Stand der Technik, wie eingangs bereits erläutert. <tb>Fig. 2<SEP>zeigt ein Uhrwerk gemäss der Erfindung in seiner Gesamtheit. <tb>Fig. 3<SEP>zeigt einen Teil des Uhrwerks aus Fig. 2 gemäss III. <tb>Fig. 4<SEP>zeigt einen Teil des Uhrwerks aus Fig. 2 gemäss IV.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

[0028] Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Uhrwerks 20 gemäss Erfindung in seiner Gesamtheit. Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Teil des grundsätzlich gleichen Uhrwerks wie in Fig. 2 in einer Vergrösserung, um die erfindungsgemässen Elemente klarer zu zeigen. In Fig. 3 und 4 ist im Unterschied zu Fig. 2 das Zwischenrad 21 als leichtes Ringrad ausgeführt.

[0029] Das Gewicht 2 dient als Antrieb für das Räderwerk 3–7, das der Drehmomentübersetzung von Achse 3 auf das Ankerrad 26 dient. Zwischen dem letzten Zahnrad 7 des Räderwerks 3–7 und dem Ankerrad 26 ist nun erfindungsgemäss ein Zwischenrad 21 angeordnet, das koaxial mit dem Ankerrad 26 angeordnet ist. An dessen Umfang ist ein Stift 22 fest angeordnet mit einer Spiralfeder 23, die um den Stift 22 herum verläuft. An ihrem radial äusseren Ende ist ein parallel zum Stift 22 verlaufendes Verbindungselement 25 befestigt, das mit einem auf dem Stift 22 frei drehend gelagerten Zahnrad 24 verbunden ist. Die Verzahnung des frei drehend gelagerten Zahnrads 24 greift in eine Aussenverzahnung des Ankerrads 26 ein. Das frei drehende Zahnrad 24 ist also kräftemässig über die Spiralfeder 23 mit dem Zwischenrad 21 verbunden. Das Ankerrad 26 wird also nicht direkt vom Getriebe 2–7 sondern über das vorgeschaltete Zwischenrad 21 angetrieben.

[0030] Das Ankerrad 26 steht dann still, wenn es in seiner Drehung durch die Hemmung, genauer die Ankerstifte 10 des Ankers 9 zwischen Ankerradstiften 26 angehalten wird. Dann dreht sich jedoch das vom Gewicht 2 angetriebene Zwischenrad 21 solange weiter, bis das in der Spiralfeder 23 gespeicherte Drehmoment im Gleichgewicht mit dem Antriebsdrehmoment steht.

[0031] Wird das Ankerrad 26 nun durch die Bewegung eines Pendels 11 (nur in Fig. 3 und 4 zum Teil dargestellt sowie in Fig. 1 gezeigt) am Anker 9 und durch eine seitliche Bewegung der Ankerstifte 10 freigegeben, beschleunigt das massearme zusätzliche Zahnrad 24 kraft der gespeicherten Federenergie der Spiralfeder 23 das ebenfalls massearme Ankerrad 26.

[0032] Selbst ein sehr grosses Räderwerk 4–7 lässt sich mit sehr bescheidener Antriebsenergie betreiben, was sich auf Laufdauer, Laufruhe, Ganggenauigkeit, Geräuschentwicklung und Abnützungsverhalten günstig auswirkt.

Bezugszeichenliste

[0033] <tb>1<SEP>Uhrwerk nach Stand der Technik <tb>2<SEP>Antrieb, Gewicht <tb>3<SEP>Achse <tb>4–7<SEP>Zahnrad <tb>8<SEP>Ankerrad <tb>9<SEP>Anker <tb>10<SEP>Ankerstift <tb>11<SEP>Gangregler, Pendel <tb>12<SEP>Ankerradstift <tb>13–19<SEP>– <tb>20<SEP>Uhrwerk gemäss Erfindung <tb>21,21a<SEP>Zwischenrad <tb>22<SEP>Stift, fest verbunden mit Zwischenrad <tb>23<SEP>Spiralfeder <tb>24<SEP>Zahnrad, frei drehend auf Achse 23 <tb>25<SEP>Element, Verbindungselement <tb>26<SEP>Ankerrad <tb>27<SEP>Verzahnung am Ankerrad 26

Claims (8)

1. Uhrwerk (20) mit einem Antrieb (2), einer Zahnradübersetzung (4–7), einem Ankerrad (26) und einer Hemmung (9) und einem Gangregler, dadurch gekennzeichnet, dass das Uhrwerk ein Zwischenrad (21) aufweist, das zwischen dem letzten Zahnrad (7) der Zahnradübersetzung (4–7) und dem Ankerrad (26) angeordnet ist, wobei das Zwischenrad (21) und das Ankerrad (26) koaxial angeordnet sind, und an dem Zwischenrad (21) ein Stift (22) fest angeordnet ist, der exzentrisch von der Drehachse des Zwischenrads (21) sich weg erstreckt, wobei an diesem Stift (22) eine Spiralfeder (23) befestigt ist, die spiralförmig um den Stift (22) herum verläuft, und auf diesem Stift (22) ein zusätzliches Zahnrad (24) frei drehend gelagert ist, und das radial äussere Ende der Spiralfeder (23) mit einem Element (25) verbunden, das sich parallel zum Stift (22) von der Spiralfeder (23) bis zum zusätzlichen, frei drehend gelagerten Zahnrad (24) erstreckt und an diesem Zahnrad (24) befestigt ist, und am Ankerrad (26) eine Verzahnung (27) vorgesehen ist, die in die Verzahnung des zusätzlichen, frei drehend gelagerten Zahnrads (24) eingreift.

2. Uhrwerk (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Zwischenrad (21) fest verbundene Stift (22) am Umfang oder im Randbereich des Zwischenrads (21) angeordnet ist.

3. Uhrwerk (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Stifte (22) mit dem Zwischenrad (21) fest verbunden sind und an jedem dieser zwei oder mehr Stifte (22) jeweils eine Spiralfeder (23) und ein frei drehend gelagertes Zahnrad (24) angeordnet ist, dessen Verzahnung in die Verzahnung (27) des Ankerrads (26) eingreift und jede Spiralfeder (23) durch ein parallel zum Stift (22) verlaufendes Element (25) jeweils mit dem frei drehend gelagerten Zahnrad (24) verbunden ist.

4. Uhrwerk (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gangregler ein Pendel ist.

5. Uhrwerk (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmung ein Anker (9) ist.

6. Uhrwerk (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Gewicht oder eine Feder ist.

7. Uhrwerk (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrad (21) ein Ringrad ist oder ein um seinen Mittelpunkt drehbarer Balken ist, an dem die eine oder mehr exzentrischen Stifte (22) mit frei drehend gelagerten Zahnrädern (24), Spiralfedern (23) und Elementen (25) von den Spiralfedern (23) zu den frei drehend gelagerten Zahnrädern (24) angeordnet sind.

8. Uhrwerk (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (27) am Ankerrad (26) eine äussere oder innere Verzahnung ist.