DE102013110090A1

DE102013110090A1 - Schwingsystem für mechanische Uhrwerke

Info

Publication number: DE102013110090A1
Application number: DE201310110090
Authority: DE
Inventors: Stefan Männicke
Original assignee: Damasko Uhrenmanufaktur KG
Current assignee: Damasko Uhrenmanufaktur KG
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-19

Abstract

Beschrieben wird ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufweisend einen Schwingkörper 2, eine um eine Achse UA schwenkbar gelagerte Unruhwelle 3 und eine Spiralfeder 4 mit einem aktiven Schwingungsbereich zur Verfügung. Die Spiralfeder 4 ist durch einen die Unruhwelle 3 umschließenden Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 mit der Unruhwelle 3 verbunden und an einem äußeren Federhaltepunkt 14 gehalten. Der aktive Schwingungsbereich erstreckt sich von einem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 anschließenden inneren Ende 13 des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt 14. Erfindungsgemäß weist der aktive Schwingungsbereich der Spiralfeder 4 zumindest drei Teilbereiche auf, nämlich einen ersten Teilbereich 10, einen sich an den ersten Teilbereich 10 in Richtung des inneren Endes 13 des Schwingungsbereichs anschließenden zweiten Teilbereich 11 und einen sich an den zweiten Teilbereich 11 in Richtung des inneren Endes 13 des Schwingungsbereichs anschließenden dritten Teilbereich 12 auf. Die Spiralfeder weist parallel zu der mit der Achse der Unruhwelle 3 zusammenfallenden Achse der Spiralfeder in ihrem ersten Teilbereich 10 eine Höhe hT1, in ihrem zweiten Teilbereich 11 eine Höhe hT2 und in ihrem dritten Teilbereich 12 eine Höhe hT3 auf. Radial zur Achse der Spiralfeder weist die Spiralfeder 4 in ihrem ersten Teilbereich 10, in ihrem zweiten Teilbereich 11 und in ihrem dritten Teilbereich 12 eine Breite bT auf. Die Höhe hT2 des zweiten Teilbereichs 11 ist zwischen 3% und 20% geringer als die Höhe hT1 des ersten Teilbereichs 10 und die Höhe hT2 des zweiten Teilbereichs 11 zwischen 3% und 20% geringer ist als die Höhe hT3 des dritten Teilbereichs 12.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke.
Stand der Technik
Schwingsysteme für mechanische Uhrwerke, insbesondere für Armbanduhren, werden in der Fachwelt auch als Unruh bezeichnet. Die Unruh umfasst einen Schwingkörper, welcher mittels einer Unruhwelle schwenkbar um eine Drehachse gelagert ist. Ferner ist eine Spiral- bzw. Unruhfeder vorgesehen, die zusammen mit der Masse des Schwingkörpers das schwingungsfähige und taktgebende System bildet.
Bei der Herstellung der Spiralfedern sind Toleranzen nicht auszuschließen. Dies gilt in verstärktem Maße für Spiralfedern aus Silizium, die an ihren Oberflächen zur Erzielung der notwendigen Festigkeit und/oder Temperaturunabhängigkeit mit einer Beschichtung aus Siliziumoxid versehen werden. In der Regel erfolgt diese Beschichtung durch thermische Oxidation.
Es ist bekannt die Spiralfeder eines mechanischen Schwingsystems im Bereich der äußeren Windung zur Schaffung einer zusätzlichen Masse oder Ausgleichsmasse mit einer Verdickung auszubilden, um eine oszillierende Verlagerung der Spiralfeder beim Schwingen des Schwingsystems zu vermeiden. Um diesen Effekt zu erreichen, ist eine optimale Abstimmung der Masse der Verdickung in Bezug auf die Masse der gesamten aktiven Federlänge der Spiralfeder notwendig. Die aktive Federlänge erstreckt sich zwischen dem inneren Spiralfederende und dem äußeren Haltepunkt der Spiralfeder. Das innere Spiralfederende ist an der Stelle lokalisiert, an der die Spiralfeder radial zur Federachse eine Breite aufweist, die gleich oder im Wesentlichen gleich der Breite ihrer Windungen ist. Die aktive Federlänge wird auch als aktiver Schwingungsbereich bezeichnet.
Die WO 2013/056706 A1 schlägt vor, im Bereich der äußeren Windung der Spiralfeder nicht notwendigerweise eine zusätzliche Masse vorzusehen, sondern eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes der Spiralfeder vorzunehmen. Eine solche Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes kann in einfacher Weise durch eine im Vergleich zu den inneren Windungen der Spiralfeder im Bereich der äußeren Windung verringerte Höhe und vergrößerte Breite der Spiralfeder erreicht werden. Da die Zunahme der Breite mit der dritten Potenz in die Berechnung des Flächenträgheitsmomentes eingeht und die Abnahme der Höhe sich nur linear auswirkt, kann die Spiralfeder so ausgebildet werden, dass eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes ohne Massenzunahme möglich ist.
Ein möglichst konstantes und dauerhaft unverändertes Schwingverhalten eines Schwingsystems stellt im Bereich der mechanischen Uhrwerke das anzustrebende Ziel schlechthin dar.
Darstellung der Erfindung
Hier setzt die Erfindung an. Es soll ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufgezeigt werden, dessen Spiralfeder ein dauerhaft ausgezeichnetes Schwingungsverhalten zeigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Schwingsystem für mechanische Uhrwerke gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Aspekte, Details und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren.
Der „aktive Schwingungsbereich“ der Spiralfeder erstreckt sich von dem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt der Spiralfeder anschließenden inneren Ende des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufweisend einen Schwingkörper, eine um eine Achse schwenkbar gelagerte Unruhwelle und eine Spiralfeder mit einem aktiven Schwingungsbereich zur Verfügung. Die Spiralfeder ist durch einen die Unruhwelle umschließenden Spiralfederbefestigungsabschnitt mit der Unruhwelle verbunden und an einem äußeren Federhaltepunkt gehalten. Der aktive Schwingungsbereich erstreckt sich von einem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt anschließenden inneren Ende des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt. Erfindungsgemäß weist der aktive Schwingungsbereich der Spiralfeder zumindest drei Teilbereiche auf, nämlich einen ersten Teilbereich, einen sich an den ersten Teilbereich in Richtung des inneren Endes des Schwingungsbereichs anschließenden zweiten Teilbereich und einen sich an den zweiten Teilbereich in Richtung des inneren Endes des Schwingungsbereichs anschließenden dritten Teilbereich auf. Die Spiralfeder weist parallel zu der mit der Achse der Unruhwelle zusammenfallenden Achse der Spiralfeder in ihrem ersten Teilbereich eine Höhe h_T1, in ihrem zweiten Teilbereich eine Höhe h_T2 und in ihrem dritten Teilbereich eine Höhe h_T3 auf. Radial zur Achse der Spiralfeder weist die Spiralfeder in ihrem ersten Teilbereich, in ihrem zweiten Teilbereich und in ihrem dritten Teilbereich eine Breite b_T auf. Die Höhe h_T2 des zweiten Teilbereichs ist zwischen 3% und 20% geringer als die Höhe h_T1 des ersten Teilbereichs und die Höhe h_T2 des zweiten Teilbereichs ist zwischen 3% und 20% geringer als die Höhe h_T3 des dritten Teilbereichs.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein verbessertes Schwingverhalten durch eine möglichst geringe Masse der Spiralfeder erreicht werden kann. Durch die verringerte Masse werden die Lager der Spiralfeder geringer belastet und unterliegen daher einem geringerem Verschleiß, was wiederum zu einer verbesserten Ganggenauigkeit der Feder über einen längeren Zeitraum führt. Eine beliebige Reduktion des Federquerschnitts ist aber nicht möglich, da in diesem Fall keine ausreichende Steifigkeit der Feder erzielt werden würde.
Experimentelle Untersuchungen haben nun gezeigt, dass eine Verringerung der Masse bei gleichzeitig ausreichender Steifigkeit der Feder in idealer Weise erreicht werden kann, indem die Spiralfeder in zumindest einem Teilbereich eine gegenüber den beiden diesem Teilbereich benachbarten Teilbereichen zwischen 3% und 20% reduzierte Höhe aufweist. Eine Verringerung der Höhe um geringeren Betrag als 3% ergibt einen zu geringen Effekt im Hinblick auf die Reduktion der Masse, eine Verringerung der Höhe um größeren Betrag als 20% resultiert in einer zu starken Variation des Biegewiderstandsmoments und damit zu einer erhöhten Bruchgefahr. Durch das Absenken der Feder in diesem Teilbereich bei konstanter Federbreite wird also eine Verminderung der Masse der Feder bei im Wesentlichen gleich bleibender Steifigkeit erzielt. In ihrer allgemeinsten Form stellt die vorliegende Erfindung also eine Spiralfeder zur Verfügung, bei der zwei Teilbereiche größerer Höhe durch einen Teilbereich mit geringerer Höhe voneinander getrennt sind, wobei die drei Teilbereiche eine gleiche Breite aufweisen.
Durch diese verringerte Höhe in dem genannten Teilbereich der Spiralfeder wird in einfacher Weise ein Teilbereich mit einer verringerten Masse geschaffen. Gleichzeitig stellt sich ein zusätzlicher vorteilhafter Effekt dahingehend ein, dass bei einer Herstellung der Feder durch ein Ätzverfahren eine umso größere Genauigkeit in der Konformität der Federbreite erreicht wird, je geringer die Höhe der Feder ist. In dem Teilbereich geringerer Höhe stellt sich also eine zusätzliche Verbesserung der Ganggenauigkeit der Feder ein, da die Federbreite in diesem Bereich eine im Vergleich zu Teilbereichen größerer Höhe bessere Konstanz aufweist.
Unter der „Höhe“ bzw. der „Breite“ einer Spiralfeder wird im Falle einer eventuell variierenden Höhe bzw. variierenden Breite der auf die entsprechende Federlänge normierte Mittelwert der über die jeweilige Federlänge variierenden Höhe bzw. variierenden Breite einer Spiralfeder verstanden. Üblicherweise werden Spiralfedern aus fertigungstechnischen Gründen mit einer konstanten Höhe und einer konstanten Breite in den jeweiligen Teilbereichen gefertigt. Aus verschiedenen Gründen kann es aber vorkommen, dass eine Spiralfeder in einzelnen oder mehreren Teilbereichen eine variierende Höhe aufweist. Da sich die durch die vorliegende Erfindung ergebende Verbesserung des Schwingungsverhaltens auch in diesen Fällen einstellt, solange nur die durchschnittliche Höhe der Spiralfeder in einem zweiten Teilbereich zwischen 3% und 20% geringer ist als die durchschnittlich Höhe in einem ersten und einem dritten Teilbereich, wird unter der „Höhe“ der Spiralfeder in dem jeweiligen Teilbereich auch die oben definierte „durchschnittliche Höhe“ verstanden.
Die Gesamtfederlänge der Spiralfeder erstreckt sich von dem inneren Spiralfederende bis zu dem äußeren Federhaltepunkt. Das innere Ende des aktiven Schwingungsbereichs ist an der Stelle lokalisiert, an dem der Schwingungsbereich der Spiralfeder in den Spiralfederbefestigungsabschnitt, der der Befestigung der Spiralfeder an der Unruhwelle dient, übergeht. Der äußere Federhaltepunkt wird entweder durch einen fest fixierten Federhaltepunkt oder durch die Position eines Rückers festgelegt. Der aktive Schwingungsbereich erstreckt sich bis zu diesem äußeren Federhaltepunkt.
Die Grenze zwischen den einzelnen Teilbereichen der erfindungsgemäßen Spiralfeder ist dadurch festgelegt, dass die Höhe h_(n+1) der Spiralfeder in ihrem n + 1ten Teilbereich zwischen 3% und 20% geringer ist als die Höhe h_Tn der Spiralfeder in ihrem nten Teilbereich. Im Falle konstanter Höhen h_Tn und h_T(n+1) ist die Grenze zwischen den Teilbereichen sofort offensichtlich, da eine Unstetigkeit in der Höhe entsprechend einer Stufe ausgebildet sind. Im Falle variierender Höhen h_Tn und h_T(n+1) kann die Grenze zwischen den Teilbereichen durch den Fachmann mit Hilfe einfacher Messungen bestimmt werden. Nach der Bestimmung der Höhe der Spiralfeder in definierten Längenabschnitten über die gesamte Federlänge hinweg kann durch eine einfache mathematische Auswertung jeder Punkt berechnet werden, an dem die durchschnittliche Höhe eines Teilbereichs von der durchschnittlichen Höhe des anschließenden Bereichs um wenigstens 3% abweicht. Der Punkt, ab dem die genannte Bedingung erfüllt ist, stellt die Grenze zwischen den beiden Teilbereichen dar. Obwohl also die Grenze zwischen den einzelnen Teilbereichen bei Inaugenscheinnahme einer bestimmten Spiralfeder nicht unbedingt sofort offenbar ist, können die Grenzen für alle Teilbereiche einer beliebigen Spiralfeder durch eine für den Fachmann leicht durchzuführende und einfach auswertbare Messung eindeutig bestimmt werden.
Durch die nachfolgend näher erläuterten bevorzugten Ausführungsformen wird ein zunehmend stabileres Schwingverhalten der Spiralfeder erreicht.
Bevorzugt weist die Spiralfeder in ihrem zweiten Teilbereich eine Höhe h_T2 auf, die zwischen 5% und 15% geringer, bevorzugt zwischen 7% und 12% geringer ist als die Höhe h_T1 im ersten Teilbereich.
Bevorzugt weist die Spiralfeder in ihrem zweiten Teilbereich eine Höhe h_T2 auf, die zwischen 5% und 15% geringer, bevorzugt zwischen 7% und 12% geringer ist als die Höhe h_T3 im dritten Teilbereich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Spiralfeder im ersten Teilbereich und/oder im zweiten Teilbereich und/oder im dritten Teilbereich eine konstante Höhe auf. Eine konstante Höhe bringt fertigungstechnische Vorteile mit sich, da z.B. in Ätzverfahren eine geringere Zahl an Ätzmasken zur Verwendung kommt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Spiralfeder n Teilbereiche auf, wobei der n-te Teilbereich eine Höhe h_Tn aufweist und n eine ganze Zahl ist. Besonders bevorzugt ist n = 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490 oder 500.
Besonders bevorzugt weist zumindest eine Windung der Spiralfeder m Teilbereiche auf, wobei der m-te Teilbereich eine Höhe h_Tm aufweist und m eine ganze Zahl ist. Insbesondere bevorzugt ist m = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195 oder 200.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen zumindest w Windungen der Spiralfeder m Teilbereiche auf, wobei w = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 ist. Die einzelnen Windungen der Spiralfeder können die gleiche Anzahl an Teilbereichen aufweisen oder eine unterschiedliche Anzahl. Es können auch mehrere Windungen die gleiche Anzahl an Teilbereichen aufweisen, andere Windungen hingegen eine davon abweichende Zahl an Teilbereichen.
Aus der oben angegebenen Definition der Grenze zwischen zwei Teilbereichen folgt zwangsläufig, dass auf auf einen nten Teilbereich mit größerer Höhe ein n + 1ter Teilbereich mit geringerer Höhe folgt. Auf diesen n + 1ten Teilbereich folgt ein n + 2ter Teilbereich, der eine größere Höhe als der n + 1te Teilbereich aufweist. Im Vergleich zum nten Teilbereich kann aber die Höhe des n + 2ten Teilbereichs größer oder geringer sein.
Bevorzugt erstreckt sich von dem äußeren Federhaltepunkt in Richtung des inneren Endes des Schwingungsbereichs ein Teilbereich geringerer Höhe. In diesem Fall ist also in der äußersten Windung der Spiralfeder in dem an den äußeren Federhaltepunkt angrenzenden Bereich ein Teilbereich mit geringerer Höhe lokalisiert.
Es können sich aber auch vorteilhafte Ausführungsformen ergeben, wenn sich von dem äußeren Federhaltepunkt in Richtung des inneren Endes des Schwingungsbereichs ein Teilbereich größerer Höhe erstreckt.
Besonders bevorzugt weisen alle Teilbereiche mit geringerer Höhe dieselbe Höhe h_ge auf. Insbesondere bevorzugt weisen zudem auch alle Teilbereiche mit größerer Höhe dieselbe Höhe h_gr auf. Für diese Ausführungsform ergeben sich deutliche Vorteile bei der Herstellung durch einen Ätzprozess, da eine deutlich geringere Anzahl an Ätzmasken erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem äußeren Federhaltepunkt um einen festen Ansteckpunkt oder es ist der äußere Federhaltepunkt durch einen Rücker gebildet.
Bevorzugt ist die Spiralfeder aus Silizium gefertigt und weist gemäß besonders bevorzugten Ausführungsformen eine Beschichtung aus Siliziumoxid auf.
Im Falle der Fertigung der Spiralfeder aus Silizium ergibt sich durch die verringerte Höhe in dem genannten Teilbereich der Spiralfeder zudem eine verbesserte Bruchfestigkeit der Feder. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Silizium mit abnehmender Querschnittsfläche eine zunehmende Flexibilität aufweist. In den Bereich mit geringerer Höhe besteht also eine geringere Gefahr eines Bruchs der Feder. Durch die vergrößerte Flexibilität wird auch ein verbessertes Schwingverhalten bei Stößen erreicht, da sich die Feder nach einer Auslenkung durch einen Stoß schneller wieder in ihrem gewünschten Schwingungszustand einschwingt.
Wie oben bereits ausgeführt stellt die vorliegende Erfindung in ihrer allgemeinsten Form eine Spiralfeder zur Verfügung, bei der zwei Teilbereiche größerer Höhe durch einen Teilbereich mit geringerer Höhe voneinander getrennt sind. Es soll klar gestellt werden, dass die vorliegende Erfindung auch alle denkbaren Ausführungsformen von Spiralfedern umfasst, die in einem Abschnitt ihrer äußeren Windung einen Stabilisierungsbereich in Form einer zusätzlichen Masse aufweisen. Diese zusätzliche Masse kann beispielsweise durch eine Verbreiterung der Feder in diesem Abschnitt erreicht werden. Ein solcher, üblicherweise als „Stabilisierungsbereich“ bezeichneter Abschnitt der Feder ist in diesen Fällen zusätzlich zu den erfindungsgemäß vorgesehenen zwei Teilbereichen größerer Höhe und dem zwischen diesen Teilbereich angeordneten Teilbereich mit geringerer Höhe vorgesehen. Im Gegensatz zu den genannten drei Teilbereichen, die eine konstante Breite aufweisen, besitzt die Feder im Stabilisierungsbereich eine vergrößerte Breite.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem eine mechanische Uhr mit einem mechanischen Schwingsystem, wobei das Schwingsystem wie oben beschrieben ausgebildet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
1 beispielhaft eine perspektivische Ansicht eines Schwingsystems für mechanische Uhren (Stand der Technik),
2 beispielhaft einen Schnitt entlang einer die Achse der Unruhwelle aufnehmenden Ebene durch das Schwingsystem gemäß 1 (Stand der Technik) und
3 beispielhaft eine perspektivische Seitenansicht der freigestellten Komponenten des Schwingungssystems gemäß 1 und 2 (Stand der Technik);
4 in Einzeldarstellung und in Draufsicht eine Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Zusammenhang mit den 1 bis 3 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Schwingsystem für mechanische Uhrwerke beschrieben.
Das Schwingsystem 1 umfasst einen Schwingkörper in Form eines Schwungrads 2, eine Unruhwelle 3 sowie eine Spiralfeder 4. Das Schwungrad 2 besteht aus einem äußeren Kreisringabschnitt 2.1, der über mehrere Speichen 2.2 mit einem Nabenabschnitt 2.3 verbunden ist. Der Nabenabschnitt 2.3 weist eine von der Kreisform abweichende, zentrale Durchgangsbohrung auf, in welcher ein zugeordneter Wellenabschnitt 3’ der Unruhwelle 3 aufgenommen ist, dessen konzentrische Außenseite einen Formschluss mit dem Nabenabschnitt 2.3 der Schwungrades herstellt. Damit ist das Schwungrad drehfest mit der Unruhwelle 3 verbunden. Darüber hinaus sind an der zum Drehzentrum des Schwungrades weisenden Innenseite des äußeren Kreisringabschnittes 2.1 mehrere Schwungmassen 2.4 angebracht.
Die Unruhwelle 3 weist ferner ein oberes und unteres freies Ende 3.1, 3.2 auf, welche spitz zulaufen und zur drehbaren Lagerung der Unruhwelle 3 um deren Achse UA in entsprechend ausgebildeten oberen und unteren Lagereinheiten aufgenommen werden. In den 1 und 2 ist beispielhaft eine obere Lagereinheit dargestellt. Die Achse UA der Unruhwelle 3 ist damit zugleich auch die Drehachse des Schwungrades und die Spiralfederachse.
Die Spiralfeder 4 besteht aus einem vorzugsweise ringförmigen, inneren Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 und einem äußeren Spiralfederendabschnitt 4.2. Dazwischen befinden sich mehrere Spiralfederringabschnitte 4.3, welche in einer Ebene senkrecht und vorzugsweise konzentrisch zur Spiralfederachse verlaufen, welche mit der Achse UA der Unruhwelle 3 übereinstimmt.
Der vorzugsweise ringförmige, innere Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 ist mit der Unruhwelle 3 drehfest verbunden, und zwar vorzugsweise verklebt und/oder mittels Formschluss. Hierzu weist die Unruhwelle 3 einen zur Aufnahme des inneren Spiralfederbefestigungsabschnitts 4.1 ausgebildeten Wellenabschnitt 3’’ auf, der oberhalb des das Schwungrad 2 aufnehmenden Wellenabschnittes 3’ angeordnet ist.
Zur in Bezug auf die Unruhwelle 3 drehfesten Befestigung des äußeren Spiralfederendabschnittes 4.2 ist die Halteanordnung 5 zur Einstellung des Zentrums der Spiralfeder 4 vorgesehen. Die Halteanordnung 5 umfasst zumindest einen Haltearm 6 und ein Halteelement 7, welches im Bereich des äußeren freien Endes des Haltearms 6 entlang der Längsachse LHA des Hebelarms 6 verschiebbar befestigt ist.
Der Haltearm 6 weist ein inneres Haltearmende 6.1 und ein äußeres Haltearmende 6.2 auf, wobei das innere Haltearmende 6.1 einen offenen Kreisring ausbildet und im Bereich des äußeren Haltearmendes 6.2 eine längliche Führungsausnehmung 6.3 vorgesehen ist. Die längliche Führungsausnehmung 6.3 ist zur variablen Befestigung des Halteelementes 7 am Haltearm 6 vorgesehen. Das innere Haltearmende 6.1 ist über nicht näher bezeichnete Haltemittel, welche auch die oberen und unteren Lagereinheiten zur drehbaren Lagerung der Unruhwelle 3 aufnehmen können, drehfest befestigt, und zwar derart, dass der offene Kreisring des inneren Haltearmendes 6.1 die Achse UA der Unruhwelle 3 konzentrisch umgibt.
Das Halteelement 7 weist einen im Wesentlichen zylinderförmigen, länglichen Grundkörper 7.1 mit einer oberen und unteren Stirnseite 7.11, 7.12 und einer Längsachse LHE auf, welcher eine zur oberen Stirnseite 7.11 geöffnete Sacklochbohrung 7.2 mit einem Innengewinde zur Aufnahme einer Schraube 8 aufweist. Mittels der Schraube 8, welche durch die längliche Führungsausnehmung 6.3 des Haltearms 6 geführt wird, ist das Halteelement 7 fest mit dem Haltearm 6 verschraubbar, und zwar derart, dass die Längsachse LHA des Haltearms 6 und die Längsachse LHE des Halteelementes 7 senkrecht zueinander verlaufen.
Auf der gegenüberliegenden unteren Stirnseite 7.12 des Grundkörpers 7.1 des Halteelementes 7 ist eine sich senkrecht zur Längsachse LHE des Grundkörpers 7.1 erstreckende und nach unten offene Führungsausnehmung 7.3 vorgesehen, die zur radial führenden Aufnahme des äußeren Spiralfederendabschnittes 4.2 ausgebildet ist. Eine die Längsachse LHE des Grundkörpers 7.1 aufnehmende Ebene teilt die Führungsausnehmung 7.3 näherungsweise in zwei gegenüberliegende, gleiche Hälften des gabelartig ausgebildeten unteren freien Endes des Halteelementes 7.
Im montierten Zustand ist damit mittels der Halteanordnung 5 der radiale Abstand A zwischen der Achse UA der Unruhwelle 3 und der Längsachse LHE des Halteelementes 7 und damit des äußeren Spiralfederendabschnittes 4.2 einstellbar. Durch eine entsprechende radiale zur Achse UA gerichtete Verschiebung des Halteelementes 7 und damit des äußeren Spiralfederendabschnittes 4.2 ist das Spiralfederzentrum justierbar, und zwar vorzugsweise derart, dass die Spiralfederringabschnitte 4.3 jeweils denselben Abstand zueinander aufweisen und konzentrisch um die Achse UA verlaufen.
Die 4 zeigt in Einzeldarstellung und Draufsicht eine Spiralfeder 4 des mechanischen Schwingsystems entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Die Spiralfeder 4 ist bei der dargestellten Ausführungsform z.B. aus einem Ausgangsmaterial (Wafer) aus Silizium, beispielsweise aus polykristallinem Silizium, z.B. aus einem durch epitaktisches Abscheiden gewonnenen Ausgangsmaterial hergestellt, z.B. unter Verwendung eines Maskierungs-Ätz-Verfahrens, und zwar derart, dass die einstückig ausgebildete und mehrere Windungen 9 aufweisende Spiralfeder 4 mit dem inneren Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 an der Unruhwelle 3 befestigt ist.
Der aktive Schwingungsbereich der Spiralfeder 4 erstreckt sich von dem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 der Spiralfeder 4 anschließenden inneren Ende 13 des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt 14. Dieser ist bei der in den 1–3 dargestellten Ausführungsform durch die Verbindung der außenliegenden Spiralfederabschnitte 4.3 mit dem Halteelement 7 gebildet.
Die dargestellte Spiralfeder 4 weist eine Vielzahl von Teilbereichen 11 mit einer geringeren Höhe von 135 µm sowie ein Vielzahl von Teilbereichen 10 mit einer größeren Höhe von 150 µm auf. Die Höhe h_T2 des zweiten Teilbereichs 11 ist also um 10% geringer ist als die Höhe h_T1 des ersten Teilbereichs 10 und die Höhe h_T2 des zweiten Teilbereichs 11 ist um 10% geringer als die Höhe h_T3 des dritten Teilbereichs 12.
In den Teilbereichen 10 und 11 weist die Feder die gleiche Breite auf. Exemplarisch ist auch ein Teilbereich mit größerer Höhe mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet, wobei dieser Teilbereich in seiner Ausprägung einem Teilbereich 10 entspricht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen alle Teilbereiche 11 eine gemeinsame Höhe auf. Ebenso weisen alle Teilbereiche 10 eine gemeinsame Höhe auf, die sich aber von der Höhe der Teilbereiche 11 unterscheidet. Ausgehend von dem Federhaltepunkt 14 erstreckt sich in Richtung des inneren Endes 13 des aktiven Schwingungsbereichs zunächst ein Teilbereich 11 mit geringerer Höhe, gefolgt von einem Teilbereich 10 mit größerer Höhe und so fort. Sämtliche Windungen der dargestellten Spiralfeder umfassen jeweils insgesamt acht Teilbereiche 11 mit geringerer Höhe und acht Teilbereiche 10 mit größerer Höhe. Um die in Richtung des inneren Federendes abnehmende Federlänge pro Windung auszugleichen, werden die Teilbereich 10 und 11 in Richtung auf das innere Federende 13 hin mit immer geringerer Ausdehnung in Richtung der Federlänge ausgestaltet.
Durch die geringere Höhe der Feder in den Teilbereichen 11 bei konstanter Breite wird eine Verringerung der Masse erzielt.
Im Zusammenhang mit der in 4 gezeigten Ausführungsform wurde von einem nach der Einstellung festen Federhaltepunkt 14 ausgegangen. Es besteht aber auch die Möglichkeit der Verwendung eines sogenannten Rückers, der im Wesentlichen durch einen um die Achse der Unruhwelle schwenkbaren Hebel gebildet ist. An dem äußeren Ende weist der Hebel eine beispielsweise von zwei Stiften gebildete Aufnahme auf, in die die Spiralfeder eingreift und die damit den Federhaltepunkt bildet. Die Aufnahme des Rückers bildet einen festen Federhaltepunkt nach.
Bezugszeichenliste
Bezugszeichenliste

1: Schwingsystem bzw. Unruh
2: Schwungkörper
2.1: äußerer Kreisringabschnitt
2.2: Speichen
2.3: Nabenabschnitt
2.4: Schwungmasse
3: Unruhwelle
3’, 3’’: Wellenabschnitte
3.1: oberes freies Ende
3.2: unteres freies Ende
4: Spiralfeder
4.1: Spiralfederbefestigungsabschnitt
4.3: Spiralfederringabschnitte
4.4: äußeres Federende
5: Halteanordnung
6: Haltearm
6.1: inneres Haltearmende
6.2: äußeres Haltearmende
6.3: längliche Führungsausnehmung
7: Haltelement
7.1: Grundkörper
7.11: obere Stirnseite
7.12: untere Stirnseite
7.2: Sacklochbohrung
7.3: Führungsausnehmung
8: Schraube
9: Windung
10: Teilbereich mit größerer Höhe
11: Teilbereich mit geringerer Höhe
12: Teilbereich mit größerer Höhe
13: inneres Ende des Schwingungsbereichs
14: Federhaltepunkt
UA: Achse der Unruhwelle
A: radialer Abstand
LHA: Längsachse des Hebelarms
LHE: Längsachse des Hebelelements
α: Winkelerstreckung des Stabilisierungsbereichs LS
LA: Schwingungsbereich
LS: Stabilisierungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/056706 A1 [0005]

Claims

Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufweisend einen Schwingkörper (2), eine um eine Achse (UA) schwenkbar gelagerte Unruhwelle (3) und eine Spiralfeder (4) mit einem aktiven Schwingungsbereich, wobei die Spiralfeder (4) durch einen die Unruhwelle (3) umschließenden Spiralfederbefestigungsabschnitt (4.1) mit der Unruhwelle (3) verbunden ist, und die Spiralfeder (4) an einem äußeren Federhaltepunkt (14) gehalten ist, wobei sich der aktive Schwingungsbereich von einem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt (4.1) anschließenden inneren Ende (13) des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt (14) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Schwingungsbereich der Spiralfeder (4) zumindest drei Teilbereiche aufweist, nämlich einen ersten Teilbereich (10), einen sich an den ersten Teilbereich (10) in Richtung des inneren Endes (13) des Schwingungsbereichs anschließenden zweiten Teilbereich (11) und einen sich an den zweiten Teilbereich (11) in Richtung des inneren Endes (13) des Schwingungsbereichs anschließenden dritten Teilbereich (12), wobei die Spiralfeder (4) parallel zu der mit der Achse (UA) der Unruhwelle zusammenfallenden Achse der Spiralfeder in ihrem ersten Teilbereich (10) eine Höhe h_T1, in ihrem zweiten Teilbereich (11) eine Höhe h_T2 und in ihrem dritten Teilbereich (12) eine Höhe h_T3 aufweist, und die Spiralfeder (4) radial zur Achse der Spiralfeder in ihrem ersten Teilbereich (10), in ihrem zweiten Teilbereich (11) und in ihrem dritten Teilbereich (12) eine Breite b_T aufweist, wobei die Höhe h_T2 des zweiten Teilbereichs (11) zwischen 3% und 20% geringer ist als die Höhe h_T1 des ersten Teilbereichs (10) und die Höhe h_T2 des zweiten Teilbereichs (11) zwischen 3% und 20% geringer ist als die Höhe h_T3 des dritten Teilbereichs (12).
Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im zweiten Teilbereich (11) eine Höhe h_T2 aufweist, die zwischen 5% und 15% geringer, bevorzugt zwischen 7% und 12% geringer ist als die Höhe h_T1 im ersten Teilbereich (10).
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im zweiten Teilbereich (11) eine Höhe h_T2 aufweist, die zwischen 5% und 15% geringer, bevorzugt zwischen 7% und 12% geringer ist als die Höhe h_T3 im dritten Teilbereich (12).
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im ersten Teilbereich (10) und/oder im zweiten Teilbereich (11) und/oder im dritten Teilbereich (12) eine konstante Höhe aufweist.
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) n Teilbereiche aufweist, wobei der n-te Teilbereich eine Höhe h_Tn und eine Breite b_T aufweist und n = 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 250, 300, 350, 400, 450 oder 500 ist.
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Windung der Spiralfeder (4) m Teilbereiche aufweist, wobei der m-te Teilbereich eine Höhe h_Tm und eine Breite b_T aufweist und m eine ganze Zahl ist.
Schwingsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass m = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190 oder 200 ist.
Schwingsystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest w Windungen der Spiralfeder (4) m Teilbereiche aufweisen, wobei w = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 ist.
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teilbereiche mit geringerer Höhe und Teilbereiche mit größerer Höhe periodisch aufeinander folgen.
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich von dem äußeren Federhaltepunkt (14) in Richtung des inneren Endes (13) des Schwingungsbereichs ein Teilbereich geringerer Höhe erstreckt.
Schwingsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich von dem äußeren Federhaltepunkt (14) in Richtung des inneren Endes (13) des Schwingungsbereichs ein Teilbereich größerer Höhe erstreckt.
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem äußeren Federhaltepunkt (14) um einen festen Ansteckpunkt handelt oder der äußere Federhaltepunkt (14) durch einen Rücker gebildet ist.
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) aus Silizium hergestellt ist.
Schwingsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder eine Beschichtung aus Siliziumoxid aufweist.
Mechanische Uhr mit einem mechanischen Schwingsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.