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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Uhrwerk mit konstantem Drehmoment.
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Stand der Technik
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Mechanische Uhrwerke umfassen im Allgemeinen mindestens ein Federhaus zur Speicherung der Energie, welche für den Betrieb der Uhr vorgesehen ist, und welche durch das Aufziehen und/oder durch die Verschiebungen einer schwingenden Masse geliefert wird. Gebildet wird das Federhaus normalerweise durch eine Spiralfeder, die während des Aufziehens in einem Käfig eingerollt wird und sich während des Gangs der Uhr allmählich entrollt. Die Spiralfedern der üblichen Zugfeder weisen beispielsweise zwischen 6 und 10 Umdrehungen auf, wenn sie vorgespannt sind.
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Das Drehmoment am Ausgang des Federhauses nimmt, während dieses sich entspannt, progressiv ab. Daher variiert die dem Uhrwerk übertragene Energie, und die Genauigkeit von vielen mechanischen Uhren nimmt mit der Entladung der Zugfeder ab.
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Im Stand der Technik sind Uhren mit einer Schnecke bekannt, d.h. einem konischen Organ mit variablem Radius, um welches sich mehrere Windungen einer durch das Federhaus gespannten Kette progressiv einrollen. Der Radius der Schnecke wächst während sich das Federhaus entspannt, was die Verringerung des Drehmoments zumindest ungefähr auszugleichen vermag. Trotzdem bringen die Schneckenmechanismen den Nachtteil mit sich, dass eine Kette von beachtlicher Länge benötigt wird, die beim Aufrollen mehrere nebeneinander um die Schnecke liegende Windungen bilden, was ebenfalls eine Verdrehung der Kette verursacht. Eine solche aus äusserst kleinen Kettengliedern gebildete Kette ist schwierig herzustellen, teuer und zerbrechlich. Ausserdem beansprucht die Schnecke eine beträchtliche Dicke im Uhrwerk und dieser Mechanismus eignet sich nicht für dünne Uhrwerke. Schliesslich ist das Aufrollen der nebeneinander um die Schnecke liegenden Windungen delikat und nicht selten liegen die Windungen schlecht nebeneinander.
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Die Patenanmeldung
EP 1914604 A1 (Girard-Perregaux SA) beschreibt ein Uhrwerk mit konstantem Drehmoment, welches eine Kurvenscheibe mit variablem Radius im Räderwerk umfasst, mit welcher die Variationen des Drehmoments am Ausgang des Federhauses kompensiert werden können. Dieses Uhrwerk benötigt jedoch einen Zwischenverbindungsmechanismus, um das Gleiten gegen die Peripherie zu vermindern. Dieser Verbindungsmechanismus macht das Uhrwerk komplizierter. Zudem verlangt dieser Mechanismus eine Kurvenscheibe mit einer Verzahnung auf ihrer Peripherie, was die Ausführung komplex macht.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Uhrwerk mit konstantem Drehmoment vorzuschlagen, das nicht die Nachteile der bekannten Uhrwerkeaufweist.
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Erreicht werden diese Ziele erfindungsgemäss mittels eines Uhrwerks mit mindestens einem Federhaus und einem Räderwerk, um die Energie des Federhauses an andere Organe des Uhrwerks weiterzuleiten, wobei das besagte Räderwerk aufweist:
- - ein Reduktionsmittel mit einem ersten Übersetzungsverhältnis kleiner als 1;
- - ein System zur Ausgleichung des Drehmoments mit einer dem Reduktionsmittel nachgelagerten Kurvenscheibe, um die Variation des vom Federhaus gelieferten Drehmoments je nach Spannungszustand des Federhauses auszugleichen; sowie
- - ein Getriebesystem mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis grösser als 1, um die besagten anderen Organe des Uhrwerks anzutreiben,
wobei das System zur Ausgleichung des Drehmoments eine Kette oder ein flexibles Element aufweist, angeordnet um sich während weniger als einer Umdrehung um die besagte Kurvenscheibe aufzurollen oder zu entrollen, je nach Spannungszustand des besagen Federhauses.
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Im Vergleich zu auf einer Schnecke basierenden Mechanismen ermöglicht es die Verwendung eines Reduktionsmittels, die Länge der Kette zu reduzieren und das Umwickeln über mehrere Drehungen um die Kurvenscheibe zu vermeiden. Ein Übersetzungsverhältnis R1 grösser als die Anzahl Windungen des Federhauses erzeugt somit einen kürzeren Weg als die Peripherie der Kurvenscheibe; die Kette rollt sich auf weniger als 360° um die Kurvenscheibe ein, wenn das Federhaus gespannt ist. Somit kann vermieden werden, dass mehrere Windungen nebeneinander zu liegen kommen, so dass eine Schnecke, die eine erhebliche Dicke beansprucht, durch eine viel dünnere Kurvenscheibe ersetzt werden kann. Diese Anordnung erlaubt es auch, die Länge der Kette zu verringern.
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Im Vergleich zu Mechanismen mit einem um eine Kurvenscheibe drehenden Rad vermag die Verwendung einer Kette zwischen der Rolle und der Kurvenscheibe Gleitprobleme zu vermeiden und die Ausführung der Kurvenscheibe zu vereinfachen.
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Die Kette (oder das flexible Element) ist vorzugsweise offen.
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Das System zur Ausgleichung des Drehmoments kann eine Rolle und eine dieser Rolle nachgelagerte Kurvenscheibe umfassen. Die Rolle hat einen konstanten Radius, auf deren Peripherie ein erstes Ende der Kette befestigt ist. Das zweite Ende der Kette oder des flexiblen Elements wird dann an der Peripherie der Kurvenscheibe befestigt, welche somit durch die Rolle mittels der Kette oder des Riemens angetrieben wird, so dass die Kette oder der Riemen sich progressiv um die Kurvenscheibe einrollt, wenn das Federhaus angespannt ist, und mehr um die Rolle, während sich das Federhaus entspannt.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Kurvenscheibe auch der Rolle vorgelagert werden, welche durch diese Kurvenscheibe durch eine Kette oder durch ein flexibles Element angetrieben wird. In diesem Fall verringert sich der Durchmesser der antreibenden Kurvenscheibe progressiv, während sich das Federhaus entspannt.
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Es ist auch möglich, Systeme zur Ausgleichung des Drehmoments auszuführen, worin die Kette zwischen zwei Kurvenscheiben mit variablem Radius gespannt wird.
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Der maximale Radius der Kurvenscheibe liegt vorzugsweise nahe beim Radius der Rolle. In einer Ausführungsform liegt der maximale Radius der Kurvenscheibe zwischen dem 0.5- und 2-fachen des Radius der besagten Rolle (6), vorzugsweise zwischen dem 0.8- und 1.2-fachen des Radius der Rolle. Das Übersetzungsverhältnis des Systems zur Ausgleichung des Drehmoments liegt dann nahe bei 1. Diese besondere Auswahl ermöglicht die Verwendung einer Kette, welche sich über fast den gesamten Kreisumfang der Kurvenscheibe und dann der Rolle einrollt.
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Das erste Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ausgang des Federhauses und dem System zur Ausgleichung des Drehmoments hängt von der Anzahl Windungen des Federhauses ab, beispielsweise 6 oder mehr. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Übersetzungsverhältnis grösser als die Anzahl Drehungen, welche die Federwelle zwischen dem vollen und dem leeren Ladezustand vollzieht; auf diese Weise führt das Rad oder der Drehteil am Eingang des Systems zur Ausgleichung des Drehmoments eine Drehung von weniger als 360° aus, wenn das Federhaus sich vollständig entlädt. Es ist daher möglich, eine Kette während des Entladens des Federhauses um weniger als eine Drehung dieses Drehteils einzurollen. Es ist auch möglich, dieses Drehteil oder ein Ausgangsdrehteil des Systems zur Ausgleichung des Drehmoments zu verwenden, um einen Gangreserven-Indikator, beispielsweise einen Zeiger oder eine Scheibe als Energiereserven-Indikator, direkt anzutreiben.
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Im vorliegenden Text heisst Reduktionsmittel ein System von Getrieben oder Rollen, deren Übersetzungsverhältnis weniger als 1 beträgt, um das Motordrehmoment einer Drehung zu erhöhen oder um die Geschwindigkeit zu verringern. Umgekehrt wird ein System von Getrieben oder Rollen Multiplikator genannt, deren Übersetzungsverhältnis mehr als 1 beträgt, um das Motordrehmoment einer Drehung zu verringern oder um die Geschwindigkeit zu erhöhen.
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Das Räderwerk von herkömmlichen Uhrwerken bildet einen Multiplikator, um die sehr langsame Drehung des Federhauses in eine viel schnellere Drehung der Stunden-, Minuten- und Sekundenzeiger umzuwandeln. Das beanspruchte Räderwerk unterscheidet sich von diesen herkömmlichen Räderwerken dadurch, dass es zuerst als Reduktionsmittel und dann als Multiplikator dient.
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Im vorliegenden Text sind die „vorgelagerten“ und „nachgelagerten“ Richtungen in Bezug auf die Richtung der Energieübertragung zu betrachten; das Federhaus wird dem Uhrwerk ganz vorgelagert und das Hemmungsrad dem Uhrwerk nachgelagert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In der Beschreibung werden Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung angegeben und durch die beigelegte 1 illustriert, welche eine Draufsicht eines Federhauses und eines Teils eines Räderwerks eines Uhrwerks gemäss der Erfindung zeigt.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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- 1 zeigt die Komponenten eines Uhrwerks, welche für das Begreifen der Erfindung unentbehrlich sind. Die anderen Komponenten, insbesondere der Gangregler, die Zeiger, die möglichen Komplikationen, die Brücken und Platinen usw., können herkömmlich sein und werden daher nicht dargestellt.
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Das dargestellte Uhrwerk umfasst ein Federhaus 1. Das Federhaus kann auch aus mehreren seriell oder parallel geschalteten Federhäusern bestehen, die somit eine einzige Energiespeichervorrichtung für die mechanische Uhr bilden. Ein Trieb 2 wird auf der Federwelle montiert und rotiert im Uhrzeigersinn, wenn das Federhaus sich entspannt, um das Räderwerk 2-11 und die anderen Organe des Uhrwerks anzutreiben. Ein Reduktionsmittel, das in diesem Beispiel auch die Getriebe 3 bis 5 umfasst, wird vom Trieb 2 angetrieben. Das Übersetzungsverhältnis dieses Reduktionsmittels beträgt beispielsweise 9, sodass das Rad 5 mit einer 9 mal langsameren Geschwindigkeit als das Federhaus dreht. Beispielsweise, wenn die Federwelle 7 Umdrehungen zwischen dem vollen Ladezustand und dem vollständig leeren Ladezustand vornimmt, dreht das Rad 5 um 7/9 * 360°, d.h. in diesem Beispiel maximal um ca. 280° im Uhrzeigersinn während des Gangs der Uhr.
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Eine Rolle 6 wird koaxial auf die Welle des Rads 5 montiert und treibt eine offene Kette 20 an, die sich progressiv um den Kreisumfang dieser Rolle einrollt. Ein Ende der Kette wird mit dem Kreisumfang der Rolle 5 verbunden. Das andere Ende wird mit der Peripherie der auf der Welle des Rads 8 koaxial montierten Kurvenscheibe 7 verbunden. Wenn das Federhaus somit gespannt ist, ist die Kette 20 im Wesentlichen um die Kurvenscheibe 7 gewunden; wenn das Federhaus sich entspannt, zieht die Kette 20 die Kurvenscheibe 7 progressiv im Uhrzeigersinn, um sich dann um die Rolle 6 zu rollen. Im Rahmen der Erfindung kann die Kette 20 durch ein gleichwertiges Element ersetzt werden, wie beispielsweise einen Riemen, ein flexibles Metallband, ein Kabel oder irgendein anderes geeignetes flexibles Element.
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Der Radius der Kurvenscheibe 7 ist variabel und wächst im Gegenuhrzeigersinn. In einer bevorzugten Ausführungsform wächst dieser Radius auf umgekehrt proportionale Weise zum Drehmoment am Ausgang des Federhauses. Somit wird die während der allmählichen Entspannung verursachte Variation des Drehmoments durch die umgekehrte Variation des Radius der Kurvenscheibe 7 ausgeglichen.
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In einigen Federhäusern variiert das Drehmoment während ihrer Drehung nicht linear. Wegen der Reibung zwischen den Windungen liefern beispielsweise einige Federhäuser ein reduziertes Drehmoment bei maximaler Spannung. Es ist möglich, eine Form der Kurvenscheibe vorzusehen, welche die für jeden Typ von spezifischem Federhaus besonderen Merkmale berücksichtigt, um das Drehmoment je nach der Winkelposition des Federhauses so genau wie möglich auszugleichen.
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Die Kurvenscheibe 7 treibt das Rad 8 auf der gleichen Welle an, welche ihrerseits den Rest des den Multiplikator bildenden Räderwerks antreibt. In diesem Beispiel sind lediglich die ersten Elemente des Räderwerks 9, 10, 11 dargestellt.
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Das Aufziehen mittels einer Aufziehkrone und/oder einer Schwingmasse erfolgt, indem entweder direkt auf das Rad 8 oder auf ein anderes, dem Mechanismus zur Ausgleichung des Drehmoments 6, 7, 20 nachgelagertes Element des Räderwerks eingewirkt wird. Auf diese Weise wird das Federhaus aufgezogen, indem einen Zug mittels der Kurvenscheibe 7 auf die Kette 20 ausgeübt wird, um das Federhaus durch die Getriebe 5 bis 2 aufzuziehen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Teile eines Uhrwerks, beispielsweise eine Federhaus-Räderwerk-Einheit, sowie auf vollständige Uhren mit einem Uhrwerk wie beschrieben.
