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Die Erfindung betrifft ein Uhrwerk mit selbsttätigem Aufzug für eine Automatikuhr, beispielsweise eine Armbanduhr.
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Heutige Automatikuhren weisen üblicherweise einen Rotoraufzug auf bei dem ein annähernd halbmondförmiger Rotor an einer im Uhrwerk mittig angeordneten Rotorachse drehbar gelagert ist. Dadurch kann der Rotor ungehindert volle Umdrehungen ausführen, die durch Bewegungen des Uhrwerks aufgrund der Handbewegungen des Uhrträgers verursacht werden. Zur Erhöhung des Trägheitsmoments des Rotors kann dieser an seinem äußeren, kreisbogenförmigen Rand verdickt sein. Die Lagerung des Rotors erfolgt zur Reibungsminderung meist an einem Kugellager.
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Ältere Konzepte sehen dagegen einen sogenannten Hammeraufzug mit einem auch als Hammer bezeichneten Oszillator vor, der an einem im Uhrwerk außermittig angeordneten Drehlager schwenkbar gelagert ist. Dadurch kann der Hammer keine vollen Umdrehungen ausführen, sondern nur zwischen zwei Extremlagen, die durch die Begrenzung des Uhrgehäuses definiert sind, um eine Nulllage hin und her schwingen. Um den Platz im Uhrgehäuse optimal zu nutzen und gleichzeitig dem Hammer ein möglichst großes Trägheitsmoment zu geben ist dieser meist annähernd ellipsenförmig gestaltet.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Automatikuhren mit Hammeraufzug technisch zu verbessern, beispielsweise
- - so zu gestalten, dass der Hammer möglichst wenig von der Rückseite des Werks verdeckt,
- - die Bewegungsenergie des Hammers besser als bisher für den Aufzug der Zugfeder des Uhrwerks zu nutzen, und
- - Beschädigungen des Aufzugsmechanismus bei starken Stößen zu verhindern.
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Diese Aufgaben werden für ein Uhrwerk mit selbsttätigem Aufzug, bei dem ein Hammer an einem außerhalb der Mitte des Uhrwerks angeordneten Drehlager gelagert und um eine Nulllage, zwischen zwei Extremlagen hin und her, schwenkbar ist, wobei der Hammer mit einem Aufzuggetriebe wirkverbunden ist, das eine Schwenkbewegung des Hammers in eine für den Aufzug einer Zugfeder des Uhrwerks nutzbare Bewegung umformt, dadurch gelöst, dass der Hammer zwei dünne, auswärts gebogene Stege aufweist, die sich von dem Drehlager des Hammers aus zu einer gegenüberliegenden Begrenzung des Uhrwerks erstrecken und an ihren freien Enden ein Gewichtsstück halten. Dabei können die beiden Stege beispielsweise separate Bauteile sein, die an ihrem jeweiligen einen Ende mit dem Drehlager angebracht sind und an ihrem jeweiligen anderen Ende mit einem gegenüberliegend angeordneten Gewicht, das dem Hammer ein möglichst großes Trägheitsmoment verleiht, verbunden sein. Alternativ können die beiden Stege einstückig miteinander verbunden sein, d.h. beispielsweise durch Ausstanzen oder Ausschneiden aus einem Blech gefertigt sein. Die beiden Stege können beispielsweise kreisbogenförmig gestaltet sein und die Kreisbögen können einen Krümmungsradius aufweisen, der in etwa dem Radius des Uhrwerks entspricht, so dass in jeder Extremlage des Hammers einer der beiden Stege im Bereich eines Randabschnitts des Uhrwerks verläuft und dessen Kontur folgt. Durch die Verwendung dünner Stäbe, die an ihren freien Enden das Gewicht halten, wird erreicht, dass der Hammer den Blick auf die Rückseite des Uhrwerks weitestgehend freigibt, so dass auch andere mechanische Komponenten des Uhrwerks in ihrem Zusammenwirken beobachtet werden können.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass der Hammer mit einer eine Rückstellkraft erzeugenden Rückstellfeder wirkverbunden ist. Beispielsweise kann eine als Biegestabfeder ausgeführte Rückstellfeder an einem außerhalb der Mitte des Uhrwerks angeordneten Federkopf befestigt sein, das, bezogen auf die Mitte des Uhrwerks, dem Drehlager gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das dem Federkopf gegenüberliegende freie Ende der Rückstellfeder im Bereich des Drehlagers eine Rückstellkraft erzeugend mit dem Hammer wirkverbunden ist. Hierzu kann der Hammer beispielsweise in der Nähe des Drehlagers eine Ausnehmung aufweisen, in welche das freie Ende der Rückstellfeder hineinragt. Durch die Rückstellfeder wirkt bei jeder Auslenkung des Hammers aus der Nulllage eine entgegengesetzt wirkende Rückstellkraft auf den Hammer, so dass jede Schwenkbewegung des Hammers in Richtung der einen Extremlage zur Erzeugung einer anschließenden Schwenkbewegung des Hammers in Richtung der anderen Extremlage genutzt werden kann.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass das Aufzuggetriebe einen Gleichrichter umfasst, der jede Schwenkbewegung des Hammers unabhängig von der Bewegungsrichtung in eine für den Aufzug einer Zugfeder des Uhrwerks nutzbare Bewegung umformt. Hierdurch wird die Zugfeder praktisch bei jeder Bewegung, die die Uhr am Handgelenk ihres Trägers erfährt, aufgezogen. Dies ist besonders vorteilhaft, weil der Hammer, anders als der Rotor bei einem Rotoraufzug, nur um einen begrenzten Winkel schwenkbar ist.
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Ein solcher Gleichrichter kann beispielsweise zwei miteinander im Eingriff stehende Klinkenräder umfassen, die jeweils mit einer von zwei durch den Hammer angetriebenen Klinken wirkverbunden sind, wobei jede der beiden Klinken in einer der beiden Schwenkrichtungen des Hammers auf das zugeordnete Klinkenrad antreibend wirkt. Bewegt sich der Hammer in der Richtung auf eine erste Extremlage zu, so blockiert eine erste der beiden Klinken in der Verzahnung eines ersten Klinkenrades und bewegt das im Eingriff stehende erste Klinkenrad in einer ersten Drehrichtung weiter, während die zweite Klinke frei über die Verzahnung des zweiten Klinkenrades gleitet. Bewegt sich der Hammer anschließend in Richtung auf die zweite Extremlage zu, so blockiert die zweite Klinke in der Verzahnung des zweiten Klinkenrades und bewegt das im Eingriff stehende zweite Klinkenrad in einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Drehrichtung weiter, während die erste Klinke frei über die Verzahnung des ersten Klinkenrades gleitet. Durch den zwischen dem ersten und dem zweiten Klinkenrad bestehenden Eingriff der Verzahnungen dreht jedes Klinkenrad stets in derselben Drehrichtung, egal, in welche Richtung der Hammer gerade schwingt, d.h. welches der Klinkenräder angetrieben wird. Die erzeugte Drehbewegung kann daher wahlweise an jedem der beiden Klinkenräder abgenommen werden, um sie zum Aufzug der Zugfeder an das Federhaus weiterzuleiten.
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Beispielsweise kann das Aufzuggetriebe so gestaltet sein, dass die Bewegung der beiden Klinkenräder über ein Reduktionsrad und ein Freilaufrad auf ein Sperrrad eines Federhauses, in dem die Zugfeder angeordnet ist, übertragen wird. Auf diese Weise werden die relativ geringen Momente, die der Hammer erzeugt, in ein relativ großes Aufzugsmoment umgewandelt.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung beinhaltet, dass eine Dämpfungseinrichtung dem Hammer bei Annäherung an eine Extremlage Energie entzieht, zumindest einen Teil der dem Hammer entzogenen Energie zwischenspeichert und anschließend dem Hammer wieder zuführt. Hierdurch wird Beschädigungen des Aufzugsmechanismus bei starken Stößen vorgebeugt, und außerdem wird wenigstens ein Teil der Energie, die dem Hammer durch das Abbremsen entzogen wird, anschließend wieder in das System eingespeist und dadurch nutzbar gemacht.
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Eine derartige Dämpfungseinrichtung kann beispielsweise einen im Bereich der Nulllage des Hammers angeordneten, mittels einer Begrenzerfeder federnd verschiebbar gelagerten Fangschieber umfassen, der kurz vor dem Erreichen einer Extremlage des Hammers mit einer Keilfläche des Hammers in Wirkverbindung tritt und durch die Keilfläche entgegen der Kraft der Begrenzerfeder verschoben wird. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass der Fangschieber im Federkopf gelagert ist und der Federkopf gleichzeitig einen Endanschlag für beide Extremlagen des Hammers bildet. Sowohl die Keilflächen, auf die der Fangschieber einwirkt, als auch die Anschlagflächen, die bei Erreichen einer Extremlage an den Federkopf anschlagen, können am Hammer selbst ausgebildet sein. Alternativ kann am Hammer eine separate Fangschiene angebracht sein, die die Keilflächen und die Anschlagflächen aufweist.
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Jeder der beschriebenen Aspekte kann für sich allein in einer Automatikuhr mit Hammeraufzug realisiert sein. Besonders vorteilhaft können aber auch ohne Beschränkung zwei oder mehr der beschriebenen Aspekte in einer Automatikuhr mit Hammeraufzug in beliebiger Kombination realisiert sein.
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Nachfolgend werden die verschiedenen Aspekte der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen
- 1A die Vorderseite eines Uhrwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel und
- 1B die Rückseite dieses Uhrwerks,
- 2A die Unterseite des Hammers in Nulllage und
- 2B die Unterseite des Hammers in einer Extremlage,
- 3 den Bereich des Drehlagers des Hammers, und
- 4A das Aufzuggetriebe in einer Draufsicht und
- 4B das Aufzuggetriebe in einer Ansicht von unten.
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Die 1A und 1B zeigen das komplette Uhrwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel von vorn und von hinten. In 1 ist zu erkennen, dass die Werkplatine 1 eine Aussparung 11 aufweist, die den benötigten Platz für die Bewegung des Gewichts 23 bereitstellt, das an der Unterseite des Hammers 2 angebracht ist. Der Hammer 2 selbst befindet sich auf der Rückseite des Uhrwerks, wie in 2 ersichtlich ist.
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Der Hammer 2 hat eine annähernd elliptische Rahmenform, die zwei einstückig miteinander verbundene dünne, auswärts gebogene Stege 22 aufweist, die sich von dem Drehlager 21 des Hammers 2 aus zu einer gegenüberliegenden Begrenzung des Uhrwerks erstrecken und an ihren freien Enden ein Gewicht 23 halten. Der Masseschwerpunkt des Hammers 2 liegt im Ausführungsbeispiel ca. 25 mm von seiner Drehachse im Drehlager 21 entfernt. Für einen Automatikaufzug mittels Rotor würde das bedeuten, dass der Masseschwerpunkt des Rotors um einen Radius von 25 mm rotieren müsste, das Kaliber folglich einen Durchmesser deutlich größer als 50 mm haben müsste.
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Der Hammer 2 weist eine Nabe auf, die mit einer im Werk befestigten Achse ein Gleitlager bildet. Die Schwingung wird durch das Zusammenspiel der Rückstellfeder 3 mit dem Hammer 2 erzeugt. Der Hammer 2 ist mit der Rückstellfeder 3 so wirkverbunden, dass die Rückstellfeder 3 eine auf den Hammer 2 wirkende Rückstellkraft erzeugt. Der Hammer 2 hat eine freie Schwingweite von 23°, bevor die Auslenkung durch eine Dämpfungseinrichtung gedämpft und schließlich begrenzt wird.
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Die maximale Auslenkung über die beiden Endanschläge beträgt 30°.
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Das Zusammenspiel des Hammers 2 mit der Rückstellfeder 3 als Schwingsystem ist in 2A dargestellt. Die Rückstellfeder 3 schwingt dabei bei einer Amplitude von ca. 4° am Eingriffspunkt zum Hammer 2, der durch eine Aussparung am Hammer 2 gebildet ist, in die das freie Ende der Rückstellfeder 3 eingreift. Die Schwingung wird an dem freien Ende der Rückstellfeder 3 über eine Rolle 32 auf den Hammer 2 übertragen. Der Aufbau ist so gestaltet, dass die Rückstellfeder 3 bei geringer Schwingungsweite verlustarm die Schwingung auf den Hammer 2 überträgt.
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Beim Tragen der Uhr erfährt das Schwingsystem durch die Bewegung der Uhr am Handgelenk immer wieder neue Beschleunigungen, die die Schwingung antreiben aber auch dämpfen können.
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Die Wirkungsweise der Dämpfungseinrichtung, die dem Hammer 2 bei Annäherung an eine Extremlage Energie entzieht, ist aus den 2A und 2B ersichtlich. Ein Teil der dem Hammer 2 entzogenen Energie wird durch Reibung vernichtet, ein anderer Teil jedoch wird in der Begrenzerfeder 42 zwischenspeichert und anschließend dem Hammer 2 wieder zuführt. Bei starken Beschleunigungen auf das Schwingsystem Hammer 2 - Feder 3 werden zu große Auslenkungen über einen Fangschieber 41 abgefangen, der im Bereich der Nulllage des Hammers 2 angeordnet und in einer Aussparung des Federkopfes 31 der Rückstellfeder 3 verschiebbar gelagert. Kurz vor dem Erreichen einer Extremlage des Hammers 2 wirkt die Keilfläche 25 des Hammers 2 auf den Fangschieber 41 ein und verschiebt diesen entgegen der Kraft der Begrenzerfeder 42 und dämpft so zu starke Auslenkungen des Hammers 2 ab. Die Begrenzerfeder 42 gibt aber auch einen Teil der Energie über den Fangschieber 41 und die Keilflächen 25 wieder zurück an den Hammer 2. Bei sehr großen Beschleunigungen des Hammers 2 schlägt dieser mit der Anschlagfläche 26 der Fangschiene 24 am Federkopf 31 der Rückstellfeder 3 an, der damit gleichzeitig einen Endanschlag für beide Extremlagen des Hammers 2 bildet.
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Die Funktionsweise des Aufzuggetriebes ist in den 3, 4A und 4B verdeutlicht. 3 zeigt den Bereich rund um die Drehachse 21 des Hammers 2, in dem auch das Aufzuggetriebe 5 angeordnet ist.
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Die Bewegung der beiden Klinkenräder 53 wird über ein Reduktionsrad 54 und ein Freilaufrad 55 auf ein Sperrrad 61 eines Federhauses 6, in dem die Zugfeder angeordnet ist, übertragen.
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Die Schwingbewegung des Hammers 2 wird über zwei symmetrisch angeordnete Klinkenhebel 51 und zugeordnete Klinken 52 in eine Rotationsbewegung zweier Klinkenräder 53 umgewandelt, die durch das Aufzuggetriebe weitergeleitet und letztlich zum Aufzug der Zugfeder des Uhrwerks, die im Federhaus 6 angeordnet ist, genutzt wird. Der Klinkenmechanismus fungiert auch als Gleichrichter, so dass die Hin- und HerBewegung des Hammers 2 jeweils in die eine zum Aufzug wirkende Drehbewegung umgewandelt wird, d.h. das Aufzuggetriebe 5 umfasst einen Gleichrichter, der jede Schwenkbewegung des Hammers 2 unabhängig von der Bewegungsrichtung des Hammers 2 in eine für den Aufzug der Zugfeder des Uhrwerks nutzbare Bewegung umformt.
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Die Klinkenmechanik des Aufzuggetriebes 5 ist als Viergelenkkette aufgebaut. Das Hin- und Her- Schwingen des Hammers 2 wird über je einen Zwischenhebel 27 auf einen zugeordneten Klinkenhebel 51 übertragen. Dieser schwingt nun um den Drehpunkt des Klinkenrades 53 hin- und her.
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Bewegt sich der Hammer 2 in Richtung der Aufzugswelle (d.h. in 3 und 4A nach rechts), so sperrt die rechte Klinke 52 und das rechte Klinkenrad 53 wird so vom Hammer 2 angetrieben. Das linke Klinkenrad 53 steht im direkten Eingriff zum rechten Klinkenrad 53 und dreht in die entgegengesetzte Richtung. Die Klinke 52 des linken Klinkenrads 53 rastet dabei frei über die Zähne. Schwingt der Hammer 2 zurück, sperrt nun die linke Klinke 52 gegen die Verzahnung und treibt das linke Klinkenrad 53 im gleichen Drehsinn an. Die rechte Klinke 52 rastet nun frei über die Verzahnung.
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Über das linke Klinkenrad 53 wird die Drehbewegung an ein Reduktionsrad 54 zum Freilaufrad 55 übertragen. Der Trieb des Freilaufrades 55 gibt nun die Drehbewegung weiter zum Sperrrad 61 des Federhauses 6.
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Das rechte Klinkenrad 53 ist auf der Achse des Freilaufrades 55 frei drehbar gelagert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkplatine
- 11
- Aussparung
- 2
- Hammer
- 21
- Drehlager
- 22
- Steg
- 23
- Gewicht
- 24
- Fangschiene
- 25
- Keilfläche
- 26
- Anschlagfläche
- 27
- Zwischenhebel
- 3
- Rückstellfeder
- 31
- Federkopf
- 32
- Rolle
- 41
- Fangschieber
- 42
- Begrenzerfeder
- 5
- Aufzuggetriebe
- 51
- Klinkenhebel
- 52
- Klinke
- 53
- Klinkenrad
- 54
- Reduktionsrad
- 55
- Freilaufrad
- 6
- Federhaus
- 61
- Sperrrad
