DE102019008008B3

DE102019008008B3 - Freie Schwerkrafthemmung für Pendeluhren, insbesondere Präzisionspendeluhren

Info

Publication number: DE102019008008B3
Application number: DE102019008008.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2039-11-19

Abstract

Die freie Schwerkrafthemmung für Pendeluhren mit einem Pendel 1, mit einem durch ein Räderwerk 50 angetriebenem Gangrad 40, weist zwei Gewichthebel 10, 11 mit Hebestiften 13, sowie einen Ruhebalken 30 mit zwei Ruhepaletten 31 auf. Das Gangrad 40 umfasst ein Heberad 41, das zeit- und wechselweise mit den Hebestiften 13 in Kontakt steht und ein Ruherad 43, in das zeit- und wechselweise die Ruhepaletten 31 eingreifen.Die Gewichthebel 10, 11 werden bei einem Aufschwung/Abschwung des Pendels 1 abschnittsweise gehoben/gesenkt. Beim Abschwung der Gewichthebel 10, 11 löst sich deren Kontakt zum Pendel 1 in dem Augenblick, wenn die Gewichthebel 10, 11 mit dem Ruhebalken 30 in Kontakt treten. Das Pendel 1 eilt dem abschwingenden Gewichthebel 10, 11 davon und schwingt frei. Der weiter fortschreitende Abschwung der Gewichthebel 10, 11 verlagert nun den Ruhebalken 30 mit seinen Ruhepaletten 31 und öffnet so das Ruherad 43. Durch die Drehbewegung des Gangrads 40 wird der abschwingende Gewichthebel 10, 11 nun vom Heberad 41 gehoben. Die Drehbewegung wird durch das Eingreifen einer Ruhepalette 31 in das Ruherad 43 mit dem Erreichen einer Ruhefläche 44 bis zum nächsten Öffnen gestoppt.Der Vorgang des Öffnens des Gangrads 40 erfolgt durch die Gewichthebel 10, 11 in einem Zeitraum, in dem das Pendel 1 frei schwingt. Eine Steigerung der Ganggenauigkeit von Pendeluhren, insbesondere Präzisionspendeluhren wird dadurch erreicht, dass die Energie zum Öffnen des Gangrads 40 nicht dem Pendel 1 entzogen wird.

Description

Stand der Technik
Freie Schwerkrafthemmungen für Pendeluhren, insbesondere Präzisionspendeluhren, sind bekannt. Freie Schwerkrafthemmungen zeichnen sich dadurch aus, dass die Pendelschwingung frei vom Antrieb des Räderwerks bzw. von der Drehung des Gangrads ist. Schwankungen des Drehmoments des Gangrads, die von den geometrischen Toleranzen der Bauteile des Räderwerks oder von Reibungseffekten der Lagerungen und Zahnräder herrühren, haben bei einer freien Schwerkrafthemmung nahezu keinen Einfluss auf die Pendelschwingung. Hierdurch unterscheidet sich diese Hemmungsart von den heute weit verbreiteten Pendelhemmungen wie z. B. der einfacheren Graham-Hemmung. Einen bedeutenden Entwicklungsschritt erreichte Sigmund Riefler mit einer freien Schwerkrafthemmung, die als Patent DE 272 119 A bekannt wurde. Riefler-Uhren mit freier Schwerkrafthemmung erzielten hervorragende Ganggenauigkeiten von z. B. 0,005 Sekunden pro Tag und zählen bis heute zu den genauesten mechanischen Präzisionspendeluhren weltweit. Da heute keine vollständig mechanisch arbeitenden Präzisionspendeluhren angeboten werden, die mit innovativen Weiterentwicklungen von Hemmungen eine noch höhere Gangpräzision erreicht hätten, stellt die zitierte freie Schwerkrafthemmung berechtigt den Stand der Technik dar.
Auf die notwendigen weiteren Vorrichtungen einer Präzisionspendeluhr zur Erreichung hervorragender Ganggenauigkeiten wird hier nicht näher eingegangen, da es für die Offenbarung dieser Erfindung nicht relevant ist. Diese Vorrichtungen sind z.B. ein temperaturkompensiertes Pendel, ein luftdichtes Uhrengehäuse zur Vermeidung von Luftdruckschwankungen, eine steife Befestigung der Uhr an einem schwingungsarmen Ort.
Bei der freien Schwerkrafthemmung schwingt das Pendel frei auf zwei Schneiden um eine Schwingachse oder hängend an Pendelfedern um eine Schwingachse. Um dieselbe Schwingachse schwingbar gelagert sind zwei Gewichthebel, in die je eine Palette montiert ist. Die Paletten greifen zeitweise in ein Gangrad ein, dessen Drehachse mit der Lotachse des Pendels schneidet und senkrecht auf der Schwingebene des Pendels steht. Das Gangrad wird von einem Räderwerk angetrieben, das von der Gewichtskraft eines Gewichts angetrieben wird.
Das Gangrad hat eine ganzzahlige Vielzahl von Ruheflächen und ebensoviele Hebeflächen, die symmetrisch um dessen Drehachse angeordnet sind. Es sind auch Gangräder bekannt, die aus einem Ruherad mit Ruheflächen und einem Heberad mit Hebeflächen bestehen. Diese Gangräder sind äquivalent zu einteiligen Gangrädern. Das Pendel ist mit einem Mitnehmer versehen, der durch die Pendelschwingung zeitweise die Gewichthebel hebt und senkt und damit deren Paletten verlagert.
Im Folgenden wird der Schwingungszyklus näher erklärt: Ausgehend von einer Schwingung, die in dem Moment beginnt, in dem das Pendel sich an der Position seiner Lotachse befindet, bewegt es sich mit seiner maximalen Geschwindigkeit nach links im Uhrzeigersinn. Unter links im Sinne dieser Schrift wird das Ortsfeld verstanden, das links zur Lotachse des Pendels liegt, wenn sich die Hemmung zwischen dem Betrachter und der Lotachse befindet - rechts entsprechend. Auf dem Weg des Aufschwungs zum linken Totpunkt nimmt der Mitnehmer den bereits vom Gangrad gehobenen linken Gewichthebel mit, dessen Palette auf der Hebefläche und an der Ruhefläche des Gangrades ruht. Durch die weitere Pendelschwingung hebt die Palette des linken Gewichthebels nun vom Gangrad ab, wodurch das Gangrad öffnet und seine Drehbewegung einsetzt. Das Pendel nimmt den linken Gewichthebel bis zum Erreichen des linken Totpunkts mit, an dem sich die Bewegung des Pendels umkehrt und der Abschwung einsetzt. Durch die zwischenzeitlich erfolgte Drehung des Gangrads wurde die Palette des rechten Gewichthebels von einer Hebefläche angehoben bis eine Ruhefläche erreicht wurde und das Gangrad zur Ruhe kommt. Die beim Aufschwung des Pendels verbrauchte Energie zum Heben des Gewichthebels wird dem Pendel beim Abschwung wieder zugeführt. Da sich jedoch zwischenzeitlich die Lage des Gangrads durch seine Drehbewegung verändert hat, schwingt der linke Gewichthebel beim Abschwung des Pendels einen kleinen Abschnitt weiter nach unten, bis seine Palette auf eine Hebefläche trifft. Der Weg, bei dem zwischen dem Mitnehmer und dem Gewichthebel ein Kontakt besteht, wird als Kontaktweg bezeichnet. Somit ist der Kontaktweg des Gewichthebels während des Abschwungs des Pendels um einen kleinen Abschnitt länger als der Kontaktweg beim Aufschwung. Folglich wird dem Pendel durch die Gewichtskraft des Gewichthebels in diesem Abschnitt des Abschwungs ein wenig mehr Energie zugeführt, als bei Aufschwung verbraucht wird. Dieser sehr kleine Energieunterschied ist ausreichend, den Energieverbrauch des Pendels (insbesondere durch seine Luftreibung) zu kompensieren und einen dauerhaften Betrieb der Uhr zu gewährleisten. Der besondere Vorteil dieser freien Schwerkrafthemmung liegt darin, dass die Energiezufuhr nur von der konstanten Gewichtskraft der Gewichthebel abhängig ist und dadurch die Periodendauer des Pendels konstant ist. Beim Aufschwung des Pendels zur rechten Seite erfolgt das Abheben der Palette des rechten Gewichthebels von der Ruhefläche des Gangrads in selber Weise wie auf der linken Seite. Nach dem Öffnen des Gangrads durch die Schwingbewegung des rechten Gewichthebels beginnt die Drehung des Gangrads, wodurch der linke Gewichthebel nun über seine Palette vom Heberad soweit gehoben wird, bis eine Ruhefläche auf die Palette trifft und das Gangrad stoppt. Das Heben des linken Gewichthebels durch das Gangrad erfolgt, ohne dass das Pendel an dieser Bewegung beteiligt, also hiervon frei ist, denn der linke Gewichthebel steht nicht im Kontakt mit dem nach rechts schwingenden Pendel bzw. seinem Mitnehmer. Wie bereits für die linke Seite beschrieben, ist auch auf der rechten Seite der Kontaktweg des Pendels mit dem Gewichthebel beim Abschwung ein wenig länger als der Kontaktweg beim Aufschwung, so dass auch hier ein wenig mehr Energie zugeführt als entzogen wird. Die Bewegung des rechten Gewichthebels beim Abschwung wird auch hier durch das Aufsetzten seiner Palette auf eine Hebefläche des Gangrads gestoppt. Mit dem Passieren der Lotachse des Pendels schließt sich der Schwingungszyklus.
Auch, wenn die freie Schwerkrafthemmung den großen Vorteil besitzt durch Gewichthebel dem Pendel Energie zuzuführen und nicht durch das Antriebsmoment des Gangrads, und damit die Unregelmäßigkeiten im Antrieb des Gangrads weitestgehend vom Pendel isoliert sind, wie es bei anderen Hemmungen wie z. B. der Graham-Hemmung der Fall ist, so besteht weiter der Nachteil, dass die Öffnung des Gangrads durch die Bewegung der Paletten entlang der Ruheflächen durch das Pendel bzw. den Mitnehmer des Pendels ausgelöst wird. Die hierfür notwendigen Kräfte variieren, wenn auch minimal, mit dem Antriebsmoment des Gangrads, denn nur durch die Überwindung der Haltekräfte zwischen Palette und Ruhefläche ist die Öffnung möglich. Damit wird dem Pendel in dem kurzen Moment während der Öffnung des Gangrads Energie entzogen, wenn auch nur minimal.
Da die Periodendauer (Ganggenauigkeit) direkt von der Energiezufuhr des Pendels abhängig ist, kann auch diese Ausführung der freien Schwerkrafthemmung nicht als gänzlich frei angesehen werden.
Um sich die hohe Empfindlich des beschriebenen Systems vor Augen zuführen, soll hier kurz die erreichte herausragende Präzision bei Gangabweichungen von z. B. 0,010 Sekunden pro Tag beleuchtet werden: In einem Tag schwingt das Pendel 86.400 mal (60 s x 60 min x 24 h) und legt am unteren Ende des Pendels bei einer Pendelschwingung z. B. 40 mm zurück, also insgesamt rund 3.456 m. Eine Gangabweichung von z. B. 0,010 Sekunden täglich, bedeutet bezogen auf den zurückgelegten Weg einen Wegfehler von 0,4 mm, dies entspricht einem Wegfehler von 0,000012 %. Insoweit wird vorstellbar, wie sich kleinste Schwankungen des Antriebmoments des Gangrads beim Öffnen auf die Ganggenauigkeit einer Präzisionspendeluhr auswirken können. Anderseits wird ersichtlich, welch herausragende Präzisionsuhren bereits vor rund 120 Jahren entwickelt und eingesetzt wurden.
Eine Weiterentwicklung bei Hemmungen wird in DE 10 2007 051 292 B4 offenbart. Bei dieser Hemmung erfolgt die Energiezufuhr in selber Weise wie eingangs beschrieben durch zwei Gewichthebel, deren Kontaktwege beim Abschwung der Gewichthebel ein wenig länger als die beim Aufschwung sind. Das Pendel ist an den Pendelfedern, die beiden Gewichthebel sind jeweils an den Gewichthebelfedern schwingbar befestigt, die so ausgestaltet sind, dass sie um dieselbe Schwingachse wie das Pendel schwingen. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine schädlichen Gleitreibungen an den Kontaktstellen zwischen dem Pendel und den Gewichthebeln auftreten, die unkontrollierte Energieverluste bewirken. Das Öffnen der Hemmung erfolgt dadurch, dass abwechselnd die Gewichthebel vom Pendel angehoben werden und hierdurch die Stützhebel freigegeben werden, wodurch die Stützhebel und die Schaltradwellen mit Freischnitten schwenken und so die Hemmungsnocken freigeben, wodurch die Schalträder des Räderwerks der Pendeluhr wechselweise geöffnet werden. Der Energieverbrauch des Pendels zum Hebel der Gewichthebel beim Aufschwung ist alleinig von der Ausgestaltung der Gewichthebel abhängig und gänzlich unabhängig vom Mechanismus der Stützhebel. Die Gewichthebel ruhen zwar bis zum Heben durch das Pendel auf den Stützhebeln, jedoch wird zum Schwenken der Stützhebel dem Pendel hierfür keine Energie entzogen. Ein Abheben der Gewichthebel reicht aus, um deren Freigabe zu bewirken.
Nachteilig bei dieser Weiterentwicklung sind jedoch der hohe mechanische Aufwand und die angewendeten Wirkprinzipien, die zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegen Verschleiß und einem erhöhten Wartungsaufwand im jahrelangen Betrieb führen. Gegenüber dem erstgenannten Stand der Technik erhöht sich die Anzahl der Bauteile der Hemmung signifikant. Zwei Schalträder mit zwei Schaltradlagerungen, zwei Stützhebel mit zwei Schaltradwellen mit zwei Freischnitten, zwei Stützhebellagerungen und vier Stützhebelanschlägen, zwei Hemmungsnocken, zwei Rückholnocken, zwei Wippennocken, eine Wippe mit zwei Wippenfedern, zwei Hebestiften und einer Wippenlagerung und zwei Gewichthebel mit zwei Anschlägen und mit den Gewichthebellagerungen sind bei dieser komplizierten Vorrichtung notwendig.
Die Hebung der Gewichthebel erfolgt über die Hebestifte in der Wippe, die von den Wippennocken zeitweise bewegt werden. Die Stützhebel werden zweitweise von den Rückholnocken bewegt. Zwischen sämtlichen Nocken und den jeweiligen Bewegungspartnern tritt eine ständige Gleitreibung auf, die allerhöchste Anforderungen an eine dauerhaft wirksame Schmierung stellt. Die Alterung der Schmiermittel stellt im jahrelangen Dauerbetrieb eine chronische Schwachstelle des Verschleißes und des Ausfalls dar, der nur mit einer regelmäßigen Wartung begegnet werden kann.
Insoweit offenbart dieser Stand der Technik ein kluges Wirkprinzip für die Auslösung der Hemmung einzig durch das Anheben der Gewichthebel durch das Pendel, jedoch mit dem Kompromiss, einen deutlich höheren Aufwand bei Mechanik und Wartung in Kauf zu nehmen zu müssen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Öffnung des Gangrads durch die Paletten vom Pendel vollständig zu isolieren und damit Schwankungen des Antriebsmoments des Gangrads gänzlich vom Pendel zu isolieren. Hierdurch wird eine vollständig freie Schwerkrafthemmung realisiert. Ferner liegt die Aufgabe zugrunde die erreichbare Ganggenauigkeit einer Pendeluhr weiter zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche definiert.
Gemäß der Erfindung umfaßt die freie Schwerkrafthemmung zwei Gewichthebel mit je einem Hebestift und einem Ruhebalken mit zwei Ruhepaletten. Die Gewichthebel stehen zeit- und wechselweise mit dem Pendel bzw. Mitnehmer des Pendels in Kontakt, und auch zeit- und wechselweise mit dem Ruhebalken. Die Hebestifte werden zeit- und wechselweise vom Heberad des Gangrads gehoben, wodurch die Gewichthebel gehoben werden. Die Ruhepaletten greifen zeit- und wechselweise in ein Ruherad des Gangrads ein.
Die Achse des Gangrads schneidet die Lotachse des Pendels und steht senkrecht auf der Schwingebene des Pendels. Das Gangrad weist ein Ruherad mit Ruheflächen und ein Heberad mit Hebeflächen auf. Das Pendel schwingt um eine Schwingachse, um die auch die Gewichthebel und der Ruhebalken schwingen. Die Gewichthebel mit den Hebestiften sind spiegelsymmetrisch zur Lotachse des Pendels gelagert. Die Ruhepaletten sind spiegelsymmetrisch zur Lotachse des Ruhebalkens in diesem fixiert.
Der auf dem Heberad ruhende Gewichthebel wird vom aufschwingenden Pendel bis zum Totpunkt mitgenommen. Am Totpunkt kehrt sich die Bewegung um und der Abschwung des Pendels mit Gewichthebel setzt ein. Während des Abschwungs führt der Gewichthebel dem Pendel solange Energie zu, bis der Gewichthebel auf den Ruhebalken trifft. Die Trägheit des Ruhebalkens führt zu einem kurzen Abbremsen des abschwingenden Gewichthebels. Hierdurch löst sich der Kontakt zum Pendel, das seine Schwingbewegung frei fortsetzt und so dem Gewichthebel davoneilt. Durch die Gewichtskraft des Gewichthebels wird dessen Abschwung weiter fortgesetzt, wodurch die Verlagerung des Ruhebalkens weiter fortschreitet und schließlich eine Ruhepalette das Gangrad öffnet. Das Gangrad dreht so lange, bis es durch das Auftreffen auf die andere Ruhepalette gestoppt wird. Durch die Drehung des Gangrads wird derjenige Gewichthebel von einer Hebefläche gehoben, der zuvor im Abschwung befindlich war. Das Öffnen des Gangrads erfolgt also durch die Bewegung eines Gewichthebels, während das Pendel bereits von diesem völlig frei ist. Das Pendel ist somit vom Vorgang des Öffnens des Gangrads gänzlich isoliert. Die Energiezufuhr des Pendels erfolgt hierbei in einem Abschnitt durch die Gewichthebel, in denen die Gewichthebel keine zusätzliche Energie zum Öffnen des Gangrads entzogen wird und dadurch eine unveränderliche Energiemengen übertragen wird. Schwankungen im Drehmoment des Gangrads führen lediglich zu Veränderungen der Bewegungen des Ruhebalkens und der Gewichthebel, während das Pendel (hiervon isoliert) frei schwingt.
Im Folgenden wird der Schwingungszyklus näher erklärt: Ausgehend von einer Schwingung, die in dem Moment beginnt, in dem das Pendel sich an der Position seiner Lotachse befindet, bewegt es sich mit seiner maximalen Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn nach links. Das Pendel wird hierbei über den Mitnehmer nur solange vom rechten Gewichthebel getrieben, bis dieser auf den Ruhebalken trifft und verlangsamt wird. Hierdurch löst sich der Kontakt des Mitnehmers des Pendels vom rechten Gewichthebel. Der rechte Gewichthebel setzt seinen Abschwung weiter fort und verlagert den Ruhebalken und damit auch die linke Ruhepalette, die in das Ruherad eingreift. Auf dem Weg des Aufschwungs zum linken Totpunkt nimmt der Mitnehmer des Pendels den bereits vom Gangrad gehobenen linken Gewichthebel mit, dessen Hebestift auf dem Heberad ruht. Durch die weitere Pendelschwingung hebt der Hebestift des linken Gewichthebels nun vom Heberad ab. Kurze Zeit danach wird das Gangrad durch die Verlagerung der linken Ruhepalette infolge des Abschwungs des rechten Gewichthebels geöffnet und beginnt seine Drehung. Der linke Gewichthebel wird bis zum Erreichen des linken Totpunkts gehoben. Die sich parallel vollziehende Drehung des Gangrads bewirkt, dass das Heberad den rechten Gewichthebel hebt. Der Abschluss der Drehbewegung des Gangrads wird durch ein Eingreifen der rechten Ruhepalette des Ruhebalkens in das Ruherad mit dem Erreichen einer Ruhefläche eingeleitet. Während des Abschwungs des linken Gewichthebels wird dem Pendel solange Energie zugefügt, bis der linke Gewichthebel in Kontakt mit dem Ruhebalken tritt und verlangsamt wird und dadurch den Kontakt zum Mitnehmer des Pendels verliert. Das Pendel nimmt beim rechten Aufschwung nun den auf dem Heberad ruhenden rechten Gewichthebel auf, bis der rechte Totpunkt erreicht wird. Im letzten Abschnitt des Abschwungs des linken Gewichthebels erfolgt die Verlagerung des Ruhebalkens nach rechts und die Öffnung des Ruherads, ohne dass das Pendel mit dem linken Gewichthebel in Kontakt steht. Während des Abschwungs vom rechten Totpunkt wird auch hier dem Pendel vom rechten Gewichthebel so lange Energie zugeführt, bis dieser auf den Ruhebalken trifft und verlangsamt wird, wodurch der Kontakt von Mitnehmer des Pendels und rechtem Gewichthebel aufgehoben wird. Nun schließt sich der Schwingungszyklus.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass ein Kontakt von Pendel bzw. Mitnehmer des Pendels mit den Gewichthebeln und ein Kontakt der Gewichthebel mit dem Ruhebalken über Stellschrauben erfolgt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die mechanischen Toleranzen dieser Bauteile und dem Gangrad durch feinste Justierungen der Stellschrauben ausgleichbar sind. Hierdurch können mögliche Unterschiede der Abschnitte, in denen dem Pendel Energie zugeführt wird, vollständig ausgeglichen werden, sodass die Energiezufuhr beim rechten Abschwung identisch zu dem des linken Abschwungs ist und damit die Periodendauern beider Schwingungsbögen identisch sind.
Als besonders vorteilhaft für die Verbesserung der Ganggenauigkeit hat sich erwiesen, dass die Energiezufuhr des abschwingenden Gewichthebels auf das Pendel in einem Winkelbereich von +0,4° bis -0,4°, bezogen auf die Lotachse (0°), endet, da in diesem Bereich die Geschwindigkeit des Pendels am höchsten ist. Hierdurch wirken sich mögliche kleinste Unterschiede der zwischen dem linken und rechten Endpunkt praktisch nicht mehr aus.
Besonders vorteilhaft für die Sicherstellung einer konstanten Energiezufuhr des Pendels ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen freien Schwerkrafthemmung derart, dass beim Aufschwung die Hebung des Gewichthebels durch das Pendel zeitlich vor der Öffnung des Gangrads liegt. Damit wird sichergestellt, dass sich das Gangrad in Ruhe befindet und damit die Stellung des Gewichthebels stets konstant ist.
Die Verwendung von Biegefedern für die schwingbare Lagerung des Pendels stellen den Stand der Technik dar. Gleichsam hat sich als besonders vorteilhaft die schwingbare Lagerung der Gewichthebel und des Ruhebalkens durch die Verwendung gleichartiger Biegefedern erwiesen. Eine geometrisch gleichartige Ausgestaltung aller Biegefedern ermöglicht eine Anordnung, durch die sämtliche Schwingachsen der Biegefedern auf derselben räumlichen Achse liegen. Hierdurch wird erreicht, dass an den Kontaktstellen zwischen Pendel bzw. Mitnehmer des Pendels und den Gewichthebel keine Gleitreibungen entstehen, die einen undefinierten Energieverbrauch bewirken würden. Dasselbe gilt für die Kontaktstellen zwischen den Gewichthebeln und dem Ruhebalken. Biegefeldern haben den Vorteil, dass ihre Biegeeigenschaften über Jahrzehnte konstant sind und damit keine schwankenden Einflüsse auf die Hemmung entstehen können.
Insbesondere bei der alternativen Verwendung einer Schneidenlagerung für das Pendel, wie im Stand der Technik gezeigt, hat sich für die erfindungsgemäßen Gewichthebel und den Ruhebalken die Lagerung mittels Gelenken erwiesen, da die Schwenkachsen der Gelenke mit der Raumachse ihrer Lagerstifte übereinstimmen und so einfache zueinander ausgerichtet werden können, sodass sämtliche Schwingachsen auf derselben räumlichen Achse liegen.
Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Lagerung der Gewichthebel und des Ruhebalkens gemeinsam mit der Lagerung des Pendels in einem gemeinsamen Klemmkopf auszuführen, da hierdurch in besonders einfacher Weise eine Ausrichtung ihrer Schwingachsen auf einer gemeinsamen räumlichen Achse erreicht werden kann.
Figurenliste
Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Figuren zeigen:

1 Freie Schwerkrafthemmung mit Pendel und Gangrad in Seitenansicht
2 Freie Schwerkrafthemmung mit Pendel und Gangrad in Vorderansicht
3a Freie Schwerkrafthemmung mit Pendel und Gangrad in Seitenansicht von rechts
3b Freie Schwerkrafthemmung mit Pendel und Gangrad in Seitenansicht von links
4a vereinfachte räumliche Ansicht auf Ruhebalken von rechts
4b vereinfachte räumliche Ansicht auf Ruhebalken von links
5a vereinfachte räumliche Ansicht auf linken Gewichthebel von rechts
5b vereinfachte räumliche Ansicht auf linken Gewichthebel von links
6a vereinfachte räumliche Ansicht auf rechte Gewichthebel von links
6b vereinfachte räumliche Ansicht auf rechten Gewichthebel von rechts
Figurengruppe 7 Freie Schwerkrafthemmung mit Details bei einer Pendelposition auf der Lotachse bei 0°
Figurengruppe 8 Freie Schwerkrafthemmung mit Details bei einer Pendelposition bei 0,3°
Figurengruppe 9 Freie Schwerkrafthemmung mit Details bei einer Pendelposition bei 0,4°
Figurengruppe 10 Freie Schwerkrafthemmung mit Details bei einer Pendelposition am Totpunkt bei 0,7°
Figurengruppe 11 Freie Schwerkrafthemmung mit Details bei einer Pendelposition auf der Lotachse bei 0°
Figurengruppe 12 Freie Schwerkrafthemmung mit Details bei einer Pendelposition bei -0,3°
Figurengruppe 13 Freie Schwerkrafthemmung mit Details bei einer Pendelposition bei -0,4°
Figurengruppe 14 Freie Schwerkrafthemmung mit Details bei einer Pendelposition am Totpunkt bei -0,7°
15 Diagrammblatt
16 Ruhebalken mit Lagerung

Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Offenbarung der erfindungsgemäßen Ausführung der freie Schwerkrafthemmung erfolgt im Folgenden durch Figuren, die durch gezieltes Ausblenden einzelner Bauteile und in verschiedenen Perspektiven schrittweise verdeutlicht wird. Erst durch das Studium mehrerer Figuren und Figurengruppen erschließen sich die Funktionen der freien Schwerkrafthemmung, die schließlich einen Schwingungszyklus beschreiben.
Figur 1
1 zeigt eine Hemmung 100 mit Teilen eines Pendels 1, einem Gangrad 40, Teilen eines Räderwerks 50 und den Klemmkopf 20.
Zum Erhalt einer besseren Übersichtlichkeit wird in dieser und nachfolgenden Figuren auf die Darstellung weiterer funktional notwendiger Bauteile verzichtet, die für die Offenbarung der Erfindung keinen Beitrag leisten und aus dem Stand der Technik bereits vorbekannt sind. Diese Bauteile sind z. B. das Gehäuse zum Aufnehmen und Halten der Pendeluhr, ein komplettes Räderwerk zum Antrieb des Gangrads, mit dem Räderwerk verbundene Zeiger (Minutenzeiger, Stundenzeiger) nebst Zifferblatt zum Anzeigen der Uhrzeit und weitere Teile des Uhrwerks.
Das Räderwerk 50 umfasst in dieser Figur ein Zahnrad 51, gelagert durch die Zahnradwelle 52, das mit dem Ritzel 46 des Gangrads 40 kämmt. Das Räderwerk 50 überträgt eine Antriebskraft eines Gewichts durch eine mehrstufige Übersetzung und versorgt das Gangrad 40 mit einem gleichmäßig großen Drehmoment. Das Räderwerk 50 ist so ausgestaltet, dass einzelne Wellen mit Zeigern versehen sind, um Minuten und Stunden anzuzeigen (nicht dargestellt). Sämtliche Wellen des Räderwerks und des Gangrads sind an ihren beiden Wellenenden in zwei Platinen (nicht dargestellt) gelagert. Die Sekunden werden durch das schrittweise Drehen des Gangrads 40, auf dessen Welle 45 ein Sekundenzeiger (nicht dargestellt) aufgesteckt ist, angezeigt.
Das Pendel 1 ist nur teilweise in 1 sichtbar. Die Pendelstange 2 ist an ihrem oberen Ende fest mit dem Pendelbolzen 4 verbunden und in den Pendelkopf 5 eingehängt. Der Pendelkopf 5 klemmt mit einem Klotz 9 zwei Pendelfedern 7, die wiederum an ihren oberen Enden in einem Klemmkopf 20 fest eingespannt sind. Die Pendelfedern 7 sind so ausgestaltet, dass das Pendel 1 um die Schwingachse 70 schwingt. Der Klemmkopf ist mit zwei Zapfen 22 versehen, die in einem nicht dargestellten Gehäuse fest gelagert sind. Dieses Gehäuse trägt außerdem die übrigen Baugruppen einer Pendeluhr. Ferner werden die Gewichthebelfedern 14 und die Ruhebalkenfedern 34 mit ihren oberen Enden im Klemmkopf 20 festgesetzt.
Am unteren Ende der Ruhebalkenfeder 34 hängt der Ruhebalken 30. Spiegelsymmetrisch zur Lotachse 71 des Ruhebalkens 30 ist links- und rechtsseitig je eine Ruhepalette 31 eingesetzt. Die Ruhepaletten 31 greifen zeit- und wechselweise in das Ruherad 43 ein und stoppen ein Drehen des Gangrads 40 dadurch, dass sie mit einer Ruhefläche 44 in Kontakt treten. Die Ausgestaltung der Ruhebalkenfedern 34 gewährleistet eine Schwingbewegung des Ruhebalkens um die Schwingachse 70.
Am unteren Ende jeweils zweier Gewichthebelfedern 14 ist eine Brücke 17 befestigt. Die rechtsseitig liegende Brücke 17 trägt den rechten Gewichthebel 11 mit einer Stellschraube 16 und einen Arm 18 mit einer weiteren Stellschraube 19. Die linksseitige Brücke 17 trägt ebenfalls, jedoch in der gewählten Perspektive kaum sichtbar, den linken Gewichthebel, einen Arm und Stellschrauben. Durch den weiten Abstand der über die Brücken 17 verbundenen Gewichthebelfedern 14, ist eine exakte Schwingbewegung um die Schwingachse 70 gewährleistet.
Die Schwingbewegung des Pendels 1 wird zeit- und wechselweise von einem Mitnehmer 6 über die Stellschrauben 19, über die Arme 18, über die Brücken 17 auf die Gewichthebel 10, 11 übertragen. Die Schwingbewegungen der Gewichthebel 10, 11 werden zeit- und wechselweise über die in ihnen sitzenden Stellschrauben 16 auf den Ruhebalken 30 übertragen.
Dadurch, dass die Pendelfedern 7, die Ruhebalkenfedern 34 und die Gewichthebelfedern 14 mit ihren unteren Enden um dieselbe Schwingachse 70 schwingen, bewegen sich das Pendel 1, der Ruhebalken 30 und die Gewichthebel 10, 11 auf derselben Kreisbahn. Hierdurch wird erreicht, dass die Kontaktstellen der Stellschrauben 16 mit dem Ruhebalken 30 und die Stellschrauben 19 mit dem Mitnehmer 6 reine Druckstellen sind, an denen keine Gleitbewegungen auftreten, die einen ungewollten und undefinierten Energieverbrauch auslösen würden.
Figur 2
2 zeigt die erfindungsgemäße Hemmung 100, das Gangrad 40, das Räderwerk 50 und das Pendel 1 in der Ansicht senkrecht zur Schwingebene des Pendels von vorn. Das Pendel 1 befindet sich auf der Lotachse 71, also in seiner Ruheposition.
Am unteren Ende der Pendelstange 2 befindet sich das Pendelgewicht 3. Die Pendelstange 2 läuft unten spitz zu und vereinfacht so die genaue Ermittlung der Pendelposition bezüglich einer ortsfesten Skala 60, die mit Winkelmarkierungen versehen ist. Hierdurch ist beobachtbar, wie weit das Pendel 1 zu beiden Seiten schwingt. Die Pendelstange ist zur besseren Darstellung unterbrochen gezeichnet. Die für ein Sekundenpendel notwendige Länge des Pendelstabs von über 1 Meter würde zu einer rund 5-fachen Verkleinerung der dargestellten Bauteile führen, wollte man auf die unterbrochene Darstellung verzichten.
Im oberen Bereich befindet sich der ortsfeste Klemmkopf 20 mit den Zapfen 22 und der Gewichthebelfeder 14. Von der Gewichthebelfeder 14 verdeckt, sind alle übrigen Gewichthebelfedern, die Ruhebalkenfedern und die Pendelfedern fluchtend angeordnet, wodurch sichergestellt ist, dass alle Schwingbewegungen um dieselbe Schwingachse 70 erfolgen.
Figur 3a
3a zeigt die rechte Seitenansicht der Hemmung 100, des Pendels 1, des Gangrads 40 und des Räderwerks 50.
Mit dem Pendelkopf 5 ist fest der Mitnehmer 6 verbunden, der zeitweise die Schwingbewegungen des Pendels 1 über die im Arm 18 eingesetzte Stellschraube 19 auf die Brücke 17 und den rechten Gewichthebel 11 überträgt. Im rechten Gewichthebel 11 ist ein Hebestift 13 eingesetzt, der zeitweise vom Heberad 41 angehoben wird, wodurch auch der rechte Gewichthebel 11 angehoben wird. Über die im rechten Gewichthebel 11 eingesetzte Stellschraube 16 wird zeitweise der Ruhebalken 30 bewegt, wodurch sich die Ruhepaletten 31 relativ zum Ruherad 43 verlagern und ein Öffnen des Gangrads ausgelöst wird.
Figur 3b
3b zeigt dieselbe Aufführung der 3a in einer Seitenansicht von links. Auf die Wiederholung der Erklärungen aus 3a kann verzichtet werden.
Hervorzuheben ist, dass die Ausführung des linken Gewichthebels 10, des Arms 18, der Stellschraube 19, der Brücke 17 und der Stellschraube 16 identisch mit den korrespondierenden Bauteilen der 3a ist. Hierdurch wird erreicht, dass die statischen (Gewicht) und die dynamischen (Massenträgheit, Federkraft) Eigenschaften der die Gewichthebel 10, 11, die Brücken 17, die Arme 18, die Stellschrauben 16, 19 und die schwingenden Bereiche der Gewichthebelfedern 14 umfassenden Baugruppe auf der linken und rechten Seiten identisch sind und damit die Energiezufuhr aufs Pendel 1 gleich groß ist.
Figur 4a
4a zeigt den Ruhebalken 30 mit seinen Ruhepaletten 31 zur Verdeutlichung seines Aufbaus durch Ausblenden mehrerer umgebender Bauteile aus 1 besonders deutlich. Im mittig nach oben verlaufenden Arm des Ruhebalkens 30 werden die Ruhebalkenfedern 34 geklemmt. Der Aufbau des Ruhebalkens 30 ist streng symmetrisch, bezogen auf seine Lotachse 71, wodurch die Ruhepaletten 31 in der Ruheposition des Ruhebalkens 30 auf einer gedachten horizontalen Linien liegen. Ein Bewegen des Ruhebalkens 30 durch die beiden Gewichthebel führt so zu einem gleich großen Ausschwingen nach links und rechts.
Figur 4b
4b zeigt die in 4a beschriebenen Bauteile in einer räumlichen Ansicht von links, ergänzt um das Ruherad 43, das auf der Welle 45 des Gangrads gelagert ist. In das Ruherad 43 greifen wechselweise die Ruhepaletten 31 des Ruhebalkens 30 ein. Ein Öffnen des Gangrads wird durch das Schwingen des Ruhebalkens 30 und die hiermit einhergehende Verlagerung der Ruhepaletten 31 von den Ruheflächen 44 des Ruherads 43 ausgelöst.
Figur 5a
In 5a wird der linke Gewichthebel 10 durch Ausblenden zahlreicher Bauteile aus 1 besonders deutlich gezeigt. An der Brücke 17 ist der Gewichthebel 10 wie auch der Arm 18 und die Gewichthebelfedern 14 befestigt. Über die Stellschraube 16 im Gewichthebel 10 wird zeitweise seine Schwingbewegung auf den nicht dargestellten Ruhebalken 30 übertragen.
Figur 5b
5b zeigt dieselben Bauteile wie in 5a in einer räumlichen Ansicht von links. In dieser Ansicht wird der Blick auf die Stellschraube 19 im Arm 18 freigegeben. Die Schwingbewegung des Pendels 1 wird zeitweise über seinen Mitnehmer 6, die Stellschraube 19, den Arm 18 und die Brücke 17 auf den linken Gewichthebel 10 übertragen. Dadurch, dass das Pendel 1 und der Gewichthebel 10 um dieselbe Schwingachse 70 schwingen, treten an der Kontaktstelle zwischen Mitnehmer 6 und Stellschraube 19 keine Gleitbewegungen auf, die einen unkontrollierten Energieverbrauch hervorrufen würden. In den linken Gewichthebel 10 ist der Hebestift 13 eingesetzt, der zeitweise mit dem Heberad 41 in Kontakt ist. Das Heberad 41 ist mit der Welle 45 des Gangrads fest verbunden. Durch das schrittweise Drehen des Gangrads wird der linke Gewichthebel 10 nach seinem Abschwung erneut gehoben und ruht solange auf einer Hebefläche 42, bis durch den nächsten Aufschwung des Pendels 1 der linke Gewichthebel 10 mit Hebestift 13 gehoben wird.
Figur 6a
6a zeigt den rechten Gewichthebel 11 mit Stellschraube 16, Brücke 17 und Arm 18 in einer Ansicht von links, die einem Spiegelbild der 5a mit dem linken Gewichthebel entsprechen könnte. Insoweit bedarf es keiner erneuten Beschreibung der Funktion der Bauteile.
Figur 6b
6b, mit dem rechten Gewichthebel 11 und denselben Bauteilen wie 6a, könnte ein Spiegelbild der 5b sein. Jedoch wird in dieser Ansicht der Blick auf die Stellschraube 19 im Arm 18 freigegeben. Auf eine erneute Darstellung der Funktionen der Bauteile kann hier verzichtet werden.
Sichtbar wird jedoch hierdurch, dass die Ausführung der beiden Gewichthebel 10, 11 und der Brücken 17, der Arme 18 und der Stellschrauben 16 und 19 dergestalt ist, dass die statischen und dynamischen Eigenschaften der aus ihnen gebildeten Baugruppen auf der linken wie auf der rechten Seite identisch sind. Hierdurch wird erreicht, dass dem Pendel 1 bei seinem Abschwung durch die beiden Gewichthebel 10, 11 stets dieselbe Energiemenge zugeführt wird bzw. bei seinem Aufschwung entzogen wird.
Figurengruppen 7 bis 14
Die nachfolgenden Figurengruppen 7 bis 14 stellen in gleichartig wiederkehrenden Darstellungen den Schwingungszyklus des Pendels an definierten Positionen dar. In einer Figurengruppe wird eine Sammlung von Figuren zusammengefasst, deren Anfangsnummern dieselbe sind. Durch die starke Vergrößerung einzelner Bildbereiche einzelner Figuren wird die Funktion der Hemmung im Zusammenspiel mit Pendel und Gangrad verdeutlicht, wodurch die Bewegungsabläufe der erfindungsgemäßen freien Schwerkrafthemmung in geeigneter Weise offenbart werden. In den Figurengruppen 7 bis 14 sind allen Figurennummern mit der Endung a (7.2a, 7.3a, 8.2a, usw.) je zwei weitere Figuren mit den Figurennummern mit den Endungen b und c zugeordnet, die einen Detailausschnitt der korrespondierenden Figur mit der Figurennummer mit Endung a darstellen; sie stellen gewissermaßen einen Zoom dar.
Bei einer Position des Pendels auf der Lotachse 71 sind die Figurengruppen 7 und 11 dargestellt.
Bei einer Position des Pendels bei 0,3° ist die Figurengruppe 8 dargestellt.
Bei einer Position des Pendels bei 0,4° ist die Figurengruppe 9 dargestellt.
Bei einer Skalenmarkierung am Totpunkt des Pendels bei 0,7° ist die Figurengruppe 10 dargestellt, wie auch bei -0,7° in der Figurengruppe 14.
Bei einer Position des Pendels bei -0,3° ist die Figurengruppe 12 dargestellt.
Bei einer Position des Pendels bei -0,4° ist die Figurengruppe 13 dargestellt.
Figuren 7, 8.1, 9.1, 10.1, 11.1, 12.1, 13.1, 14.1
In den 7, 8.1, 9.1, 10.1, 11.1, 12.1, 13.1 und 14.1 wird der untere Bereich des Pendels 1 mit seiner Pendelstange 2 und dem Pendelgewicht 3 sowie die Skala 60 in verschiedenen Positionen gezeigt. Die nach unten spitz zulaufende Pendelstange 2 weist in jeder der Figuren auf die ortsfeste Skala 60 und ermöglicht so, die Position des Pendels 1 genau zu bestimmen.
Figuren 7.2a, 8.2a, 9.2a, 10.2a, 11.2a, 12.2a, 13.2a, 14.2a
Eine vereinfachte Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Blick auf das Ruherad 43, den Ruhebalken 30 und die Ruhepaletten 31 wird in den 7.2a, 8.2a, 9.2a, 10.2a, 11.2a, 12.2a, 13.2a und 14.2a gezeigt.
Figuren 7.3a, 8.3a, 9.3a, 10.3a, 11.3a, 12.3a, 13.3a, 14.3a
Eine vereinfachte Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Blick auf den Mitnehmer 6, die Stellschrauben 19 und die Gewichthebel 10, 11 wird in den 7.3a, 8.3a, 9.3a, 10.3a, 11.3a, 12.3a, 13.3a und 14.3a gezeigt.
Figuren 7.4a, 8.4a, 9.4a, 10.4a, 11.4a, 12.4a, 13.4a, 14.4a
Eine vereinfachte Ansicht von unten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Blick auf die Gewichthebel 10, 11, den Ruhebalken 30 und die Stellschrauben 16 wird in den 7.4a, 8.4a, 9.4a, 10.4a, 11.4a, 12.4a, 13.4a und 14.4a gezeigt.
Figuren 7.5a, 8.5a, 9.5a, 10.5a, 11.5a, 12.5a, 13.5a, 14.5 a
Eine vereinfachte Ansicht von hinten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Blick auf die Hebestifte 13 und das Heberad 41 wird in den 7.5a, 8.5a, 9.5a, 10.5a, 11.5a, 12.5a, 13.5a und 14.5 a gezeigt.
Figuren 7 bis 7.5c
Alle Figuren der Figurengruppe 7 sind bei einer Pendelposition auf der Lotachse 71 dargestellt. Das Pendel beendet gerade seinen Abschwung 80 und schwingt von rechts nach links.
In 7.2b ist ersichtlich, dass die linke Ruhepalette 31 in Kontakt 90 mit dem Ruherad 43 steht und hierdurch das Ruherad 43 daran hindert, weiterzudrehen.
7.2c zeigt die rechte Ruhepalette 31, die einen recht weiten Abstand zum Ruherad 43 hat. Da beide Ruhepaletten 31 starr im Ruhebalken fixiert sind, ist auch ihr Achsabstand fix und damit die Lage der rechten Ruhepalette 31 durch die Lage der linken Ruhepalette 31 am Ruherad 43 bestimmt.
7.3b zeigt die Stellschraube 19 des linken Gewichthebels, der zum Mitnehmer 6 des Pendels eine offene Kontaktstelle 91 hat, da der linke Gewichthebel, vom Heberad gehoben, auf diesem ruht.
7.3c zeigt die Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels, die gerade noch in Kontakt mit dem Mitnehmer 6 steht. Das Pendel beginnt nun seinen Aufschwung nach links, wohingegen der rechte Gewichthebel immer noch seinen Abschwung 80 weiterführt.
7.4b zeigt die Stellschraube 16 des linken Gewichthebels, der zum Ruhebalken 30 eine offene Kontaktstelle 91 hat.
7.4c zeigt die Stellschraube 16 des rechten Gewichthebels, die im Abschwung 80 befindlich ist und gerade in Kontakt 90 mit dem Ruhebalken 30 getreten ist. Durch den eintretenden Kontakt 90, wird der rechte Gewichthebel zunächst verlangsamt und beginnt seine Bewegungsenergie nun auf den Ruhebalken zu übertragen, wodurch der weiter im Abschwung befindliche rechte Gewichthebel und der Ruhebalken gemeinsam nach links schwingen. Durch die Verlangsamung des rechten Ruhebalkens löst sich der Kontakt der Stellschraube 19 vom Mitnehmer 6, der wie in 7.3c gerade noch in Kontakt ist. Das Pendel verliert also in diesem Ausführungsbeispiel beim Durchgang durch die Lotachse den Kontakt zur treibenden Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels in dem Augenblick, in dem der rechte Gewichthebel über die Stellschraube 16 mit dem Ruhebalken in Kontakt tritt.
7.5b zeigt den Hebestift 13 des rechten Gewichthebels, der im Abschwung befindlich ist. Zwischen dem Hebestift 13 und dem Heberad 41 befindet sich die offene Kontaktstelle 91.
7.5c zeigt den Hebestift des linken Gewichthebels, der mit dem Heberad 41 in Kontakt 90 steht und auf diesem ruht.
Figuren 8 bis 8.5c
Alle Figuren der Figurengruppe 8 sind bei einer Pendelposition bei 0,3° dargestellt. Das Pendel ist im Aufschwung 81 nach links befindlich.
In 8.2b ist ersichtlich, dass die linke Ruhepalette 31 in Kontakt 90 mit dem Ruherad 43 steht und sich (gegenüber der 7.2b) bereits ein wenig nach links verschoben hat, dadurch dass der Ruhebalken von der Stellschraube des weiterhin im Abschwung befindlichen rechten Gewichthebels getrieben wird.
8.2c zeigt die rechte Ruhepalette 31, die einen recht weiten Abstand zum Ruherad 43 hat.
8.3b zeigt die Stellschraube 19 des linken Gewichthebels, der zum Mitnehmer 6 des Pendels in Kontakt 90 ist. Genau bei dieser Pendelposition von 0,3° trifft in diesem Ausführungsbeispiel der Mitnehmer 6 in Kontakt mit der Stellschraube 19 und beginnt den linken Gewichthebel vom Heberad abzuheben.
8.3c zeigt die Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels, die über eine offene Kontaktstelle 91 zum Mitnehmer 6 steht. Dadurch, dass die noch im Abschwung 80 befindliche Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels vom Ruhebalken abgebremst und verlangsamt worden ist, hat sich bereits der Kontakt zum Mitnehmer 6 gelöst und das Pendel freigegeben.
8.4b zeigt die Stellschraube 16 des linken Gewichthebels, der zum Ruhebalken 30 weiterhin eine offene Kontaktstelle 91 hat.
8.4c zeigt die Stellschraube 16 des rechten Gewichthebels, die im Abschwung 80 befindlich ist und sich in Kontakt 90 mit dem Ruhebalken 30 befindet. Durch den Abschwung des rechten Gewichthebels wird auch der Ruhebalken weiter nach links verlagert und verschiebt so die linke Ruhepalette vom Ruherad.
8.5b zeigt den Hebestift 13 des rechten Gewichthebels, der im Abschwung befindlich ist. Zwischen dem Hebestift 13 und dem Heberad 41 befindet sich die offene Kontaktstelle 91.
8.5c zeigt den Hebestift des linken Gewichthebels, der mit dem Heberad 41 noch in Kontakt 90 steht, jedoch in diesem Ausführungsbeispiel bei einer Position des Pendels von 0,3° gerade, ausgelöst vom Mitnehmer des Pendels, abgehoben wird.
Figuren 9 bis 9.5c
Alle Figuren der Figurengruppe 9 sind bei einer Pendelposition bei 0,4° dargestellt. Das Pendel ist im Aufschwung 81 nach links befindlich.
In 9.2b ist ersichtlich, dass die linke Ruhepalette 31 zum Ruherad 43 eine offene Kontaktstelle 91 hat und damit das Gangrad öffnet. Das Ruherad 43, als Teil des Gangrads, beginnt seine Drehbewegung 82 im Uhrzeigersinn, wodurch sich ein auf das Gangrad gesteckter, nicht dargestellter Sekundenzeiger auch zu bewegen beginnt.
9.2c zeigt die rechte Ruhepalette 31, die einen recht weiten Abstand zum Ruherad 43 hat. Durch die Drehbewegung 82 des Ruherads 43 verkleinert sich der Abstand der Ruhepalette 31 zu diesem.
9.3b zeigt die Stellschraube 19 des linken Gewichthebels, der zum Mitnehmer 6 des Pendels in Kontakt 90 ist. Der Mitnehmer 6 des Pendels treibt bei seinem Aufschwung 81 die Stellschraube 19 und damit den linken Gewichthebel in Richtung des linken Totpunkts.
9.3c zeigt die Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels, die über eine offene Kontaktstelle 91 zum Mitnehmer 6 steht. Dadurch, dass die noch im Abschwung 80 befindliche Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels vom Ruhebalken abgebremst und verlangsamt worden ist, hat sich bereits der Kontakt zum Mitnehmer 6 gelöst und das Pendel freigegeben.
9.4b zeigt die Stellschraube 16 des linken Gewichthebels im Aufschwung 81 befindlich, die zum Ruhebalken 30 weiterhin eine offene Kontaktstelle 91 hat.
9.4c zeigt die Stellschraube 16 des rechten Gewichthebels, die im Abschwung 80 befindlich ist und sich in Kontakt 90 mit dem Ruhebalken 30 befindet.
9.5b zeigt den Hebestift 13 des rechten Gewichthebels, der im Abschwung 80 befindlich ist. Zwischen dem Hebestift 13 und dem Heberad 41 befindet sich die offene Kontaktstelle 91. Durch die gerade einsetzende Drehbewegung 82 des Heberads 41 trifft jedoch bald eine Hebefläche des Heberads 41 in Kontakt mit dem Hebestift 13 und leitet so die Hebung des rechten Gewichthebels ein.
9.5c zeigt den Hebestift 13 des linken Gewichthebels, der zum Heberad 41 über eine offene Kontaktstelle 91 steht, da er sich im Aufschwung befindet.
Figuren 10 bis 10.5c
Alle Figuren der Figurengruppe 10 sind bei einer Pendelposition am linken Totpunkt bei einer Skalenmarkierung bei 0,7° dargestellt.
In 10.2b ist ersichtlich, dass die linke Ruhepalette 31 zum Ruherad 43 einen recht weiten Anstand hat und nicht in Kontakt mit diesem steht.
10.2c zeigt die rechte Ruhepalette 31, die in Kontakt 90 mit dem Ruherad 43 steht, wodurch das Gangrad in seiner Drehbewegung gerade gestoppt worden ist.
10.3b zeigt die Stellschraube 19 des linken Gewichthebels, der zum Mitnehmer 6 des Pendels in Kontakt 90 ist. Der Mitnehmer 6 des Pendels hebt nach erfolgtem Aufschwung auch am Totpunkt des Pendels die Stellschraube 19 und damit den linken Gewichthebel.
10.3c zeigt die Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels, die über eine offene Kontaktstelle 91 zum Mitnehmer 6 steht.
10.4b zeigt die Stellschraube 16 des linken Gewichthebels, der zum Ruhebalken 30 weiterhin eine offene Kontaktstelle 91 hat.
10.4c zeigt die Stellschraube 16 des rechten Gewichthebels, der nach seiner Hebung auch die Stellschraube 16 verlagert hat und nicht mehr mit dem Ruhebalken in Kontakt steht.
10.5b zeigt den Hebestift 13 des rechten Gewichthebels, der bereits von einer Hebefläche des Heberads 41 gehoben worden ist und nunmehr auf dem Heberad 41 ruht.
10.5c zeigt den Hebestift 13 des linken Gewichthebels, der zum Heberad 41 weit entfernt liegt, da der Mitnehmer des Pendels den linken Gewichthebel bis zum Totpunkt gehoben hat.
Figuren 11 bis 11.5c
Alle Figuren der Figurengruppe 11 sind bei einer Pendelposition auf der Lotachse 71 dargestellt. Das Pendel beendet gerade seinen Abschwung 80 und schwingt von links nach rechts.
11.2b zeigt die linke Ruhepalette 31, die einen recht weiten Abstand zum Ruherad 43 hat.
In 11.2c ist ersichtlich, dass die rechte Ruhepalette 31 in Kontakt 90 mit dem Ruherad 43 steht und hierdurch das Ruherad 43 und so das Gangrad daran hindert, weiterzudrehen.
11.3b zeigt die Stellschraube 19 des linken Gewichthebels, die gerade noch in Kontakt mit dem Mitnehmer 6 steht. Das Pendel beginnt nun seinen Aufschwung nach rechts, wohingegen der linke Gewichthebel immer noch seinen Abschwung 80 weiterführt.
11.3c zeigt die Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels, der zum Mitnehmer 6 des Pendels eine offene Kontaktstelle 91 hat, da der rechte Gewichthebel, vom Heberad gehoben, auf diesem ruht.
11.4b zeigt die Stellschraube 16 des linken Gewichthebels, die im Abschwung 80 befindlich ist und gerade in Kontakt 90 mit dem Ruhebalken 30 getreten ist. Durch den eintretenden Kontakt 80, wird der linke Gewichthebel zunächst verlangsamt und beginnt, seine Bewegungsenergie nun auf den Ruhebalken zu übertragen, wodurch der weiter im Abschwung befindliche linke Gewichthebel und der Ruhebalken gemeinsam nach rechts schwingen. Durch die Verlangsamung des linken Ruhebalkens löst sich der Kontakt der Stellschraube 19 vom Mitnehmer 6, der wie in 11.3b gerade noch in Kontakt ist. Das Pendel verliert also in diesem Ausführungsbeispiel beim Durchgang durch die Lotachse den Kontakt zur treibenden Stellschraube 19 des linken Gewichthebels in dem Augenblick, in dem der linke Gewichthebel über die Stellschraube 16 mit dem Ruhebalken in Kontakt tritt.
11.4c zeigt die Stellschraube 16 des rechten Gewichthebels, der zum Ruhebalken 30 eine offene Kontaktstelle 91 hat.
11.5b zeigt den Hebestift 13 des rechten Gewichthebels, der mit dem Heberad 41 in Kontakt 90 steht und auf diesem ruht.
11.5c zeigt den Hebestift 13 des linken Gewichthebels, der im Abschwung 80 befindlich ist. Zwischen dem Hebestift 13 und dem Heberad 41 befindet sich die offene Kontaktstelle 91.
Figuren 12.1 bis 12.5c
Alle Figuren der Figurengruppe 12 sind bei einer Pendelposition bei -0,3° dargestellt. Das Pendel ist im Aufschwung 81 nach rechts befindlich.
12.2b zeigt die linken Ruhepalette 31, die einen recht weiten Abstand zum Ruherad 43 hat.
In 12.2c ist ersichtlich, dass die rechte Ruhepalette 31 in Kontakt 90 mit dem Ruherad 43 steht und sich bereits ein wenig nach rechts verschoben hat, dadurch dass der Ruhebalken von der Stellschraube des im Aufschwung befindlichen linken Gewichthebels getrieben wird.
12.3b zeigt die Stellschraube 19 des linken Gewichthebels, die über eine offene Kontaktstelle 91 zum Mitnehmer 6 steht. Dadurch, dass die noch im Abschwung 80 befindliche Stellschraube 19 des linken Gewichthebels vom Ruhebalken abgebremst und verlangsamt worden ist, hat sich bereits der Kontakt zum Mitnehmer 6 gelöst und das Pendel freigegeben.
12.3c zeigt die Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels, der zum Mitnehmer 6 des Pendels in Kontakt 90 ist. Genau bei dieser Pendelposition von -0,3° trifft in diesem Ausführungsbeispiel der Mitnehmer 6 in Kontakt mit der Stellschraube 19 und beginnt, den linken Gewichthebel vom Heberad abzuheben.
12.4b zeigt die Stellschraube 16 des linken Gewichthebels, die im Abschwung 80 befindlich ist und sich in Kontakt 90 mit dem Ruhebalken 30 befindet. Durch den Abschwung 80 des linken Gewichthebels wird auch der Ruhebalken weiter nach rechts verlagert und verschiebt so die linke Ruhepalette vom Ruherad.
12.4c zeigt die Stellschraube 16 des rechten Gewichthebels, der zum Ruhebalken 30 weiterhin eine offene Kontaktstelle 91 hat.
12.5b zeigt den Hebestift des rechten Gewichthebels, der mit dem Heberad 41 noch in Kontakt 90 steht, jedoch in diesem Ausführungsbeispiel bei einer Position des Pendels von -0,3° gerade, ausgelöst vom Mitnehmer des Pendels, abgehoben wird.
12.5c zeigt den Hebestift 13 des linken Gewichthebels, der im Abschwung 80 befindlich ist. Zwischen dem Hebestift 13 und dem Heberad 41 befindet sich die offene Kontaktstelle 91.
Figuren 13 bis 13.5c
Alle Figuren der Figurengruppe 13 sind bei einer Pendelposition bei -0,4° dargestellt. Das Pendel ist im Aufschwung 81 nach rechts befindlich.
13.2b zeigt die linke Ruhepalette 31, die einen recht weiten Abstand zum Ruherad 43 hat. Durch die Drehbewegung 82 des Ruherads 43 verkleinert sich der Abstand der Ruhepalette 31 zu diesem.
In 13.2c ist ersichtlich, dass die rechte Ruhepalette 31 zum Ruherad 43 eine offene Kontaktstelle 91 hat und damit das Gangrad öffnet. Das Ruherad 43 beginnt seine Drehbewegung 82 im Uhrzeigersinn, wodurch sich ein auf das Gangrad gesteckter, nicht dargestellter Sekundenzeiger auch zu bewegen beginnt.
13.3b zeigt die Stellschraube 19 des linken Gewichthebels, die über eine offene Kontaktstelle 91 zum Mitnehmer 6 steht. Dadurch, dass die noch im Abschwung 80 befindliche Stellschraube 19 des linken Gewichthebels vom Ruhebalken abgebremst und verlangsamt worden ist, hat sich bereits der Kontakt zum Mitnehmer 6 gelöst und das Pendel freigegeben.
13.3c zeigt die Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels, der zum Mitnehmer 6 des Pendels in Kontakt 90 ist. Der Mitnehmer 6 des Pendels treibt bei seinem Aufschwung 81 die Stellschraube 19 und damit den linken Gewichthebel in Richtung des rechten Totpunkts.
13.4b zeigt die Stellschraube 16 des linken Gewichthebels, der zum Ruhebalken 30 weiterhin in Kontakt 90 steht.
13.4c zeigt die Stellschraube 16 des rechten Gewichthebels, die im Aufschwung 81 befindlich ist und über die offene Kontaktstelle 91 zum Ruhebalken steht.
13.5b zeigt den Hebestift 13 des rechten Gewichthebels, der im Abschwung 80 befindlich ist. Zwischen dem Hebestift 13 und dem Heberad 41 befindet sich die offene Kontaktstelle 91. Durch die gerade einsetzende Drehbewegung 82 des Heberads 41 trifft jedoch bald eine Hebefläche des Heberads 41 in Kontakt mit dem Hebestift 13 und leitet so die Hebung des rechten Gewichthebels ein.
13.5c zeigt den Hebestift 13 des linken Gewichthebels, der zum Heberad 41 über eine offene Kontaktstelle 91 steht, jedoch bei einer weiteren Drehung 82 des Heberads 41 gehoben wird.
Figuren 14 bis 14.5c
Alle Figuren der Figurengruppe 14 sind bei einer Pendelposition am rechten Totpunkt bei einer Skalenmarkierung bei -0,7° dargestellt.
14.2b zeigt die linke Ruhepalette 31, die in Kontakt 90 mit dem Ruherad 43 steht, wodurch das Gangrad in seiner Drehbewegung gerade gestoppt worden ist.
In 14.2c ist ersichtlich, dass die rechte Ruhepalette 31 zum Ruherad 43 einen recht weiten Anstand hat und nicht in Kontakt mit diesem steht.
14.3b zeigt die Stellschraube 19 des linken Gewichthebels, die über eine offene Kontaktstelle 91 zum Mitnehmer 6 steht.
14.3c zeigt die Stellschraube 19 des rechten Gewichthebels, der zum Mitnehmer 6 des Pendels in Kontakt 90 ist. Der Mitnehmer 6 des Pendels hebt nach erfolgtem Aufschwung auch am Totpunkt des Pendels die Stellschraube 19 und damit den rechten Gewichthebel.
14.4b zeigt die Stellschraube 16 des linken Gewichthebels, der nach seiner Hebung auch die Stellschraube 16 verlagert hat und nicht mehr mit dem Ruhebalken in Kontakt steht.
14.4c zeigt die Stellschraube 16 des rechten Gewichthebels, der zum Ruhebalken 30 weiterhin eine offene Kontaktstelle 91 hat.
14.5b zeigt den Hebestift 13 des rechten Gewichthebels, der zum Heberad 41 weit entfernt liegt, da der Mitnehmer des Pendels den rechten Gewichthebel bis zum Totpunkt gehoben hat.
14.5c zeigt den Hebestift 13 des linken Gewichthebels, der bereits von einer Hebefläche des Heberads 41 gehoben worden ist und nunmehr auf dem Heberad 41 ruht.
Mit dem Abschwung des Pendels vom rechten Totpunkt nach links schließt sich mit dem Erreichen der Lotachse (Figurengruppe 7) der Schwingungszyklus und beginnt von Neuem.
Figur 15
15 stellt ein Diagrammblatt 200 dar, das vier Diagramme zeigt, dessen Achsen denselben Maßstab haben. Die Abszissen zeigen die Zeit in Sekunden, die Ordinaten zeigen den Schwingungsweg in Winkelgrad.
Im oberen Diagramm wird der sinusförmige Schwingungsverlauf der Pendelschwingung über einen Zeitraum von 2 Sekunden dargestellt. Bei einer Pendelposition von 0° steht das Pendel auf der Lotachse. Da jede volle Sekunde die Lotachse geschnitten wird, handelt es sich beim Diagrammblatt 200 um Aufzeichnungen eines 1-Sekunden-Pendels. Der linke Totpunkt wird bei einer Pendelschwingung von 0,7° erreicht, entsprechend der rechte Totpunkt bei -0,7°. Der dargestellte Kurvenverlauf passt insoweit zum Ausführungsbeispiel der Figurengruppe 7 bis 14.
Eine weiteres, unter dem oberen Diagramm liegendes Diagramm, zeigt den Kurvenverlauf des linken Gewichthebels. Wenn das Pendel um 0,4° nach links geschwungen ist, trifft es auf den linken Gewichthebel und nimmt ihn mit derselben Geschwindigkeit wie das Pendel selbst mit. Bis zum Erreichen des linken Totpunkts bei 0,7° bzw. nach 0,5 Sekunden wird dem Pendel vom Gewichthebel Energie entzogen. Erst beim Abschwung von 0,7° bis zum Erreichen der Lotachse bei 0° führt der linke Gewichthebel dem Pendel Energie zu. Die Zufuhr von Energie im Winkelbereich von 0,7° bis 0,4° kompensiert den Energiebedarf, der beim Heben des linken Gewichthebels von 0,4° bis zum Totpunkt verbraucht wurde. Erst die Energiezufuhr beim Abschwung von 0,4° bis 0° stellt einen Energieüberschuss dar und dient dem Antrieb des Pendels. Mit dem Erreichen der Lotachse tritt der linke Gewichthebel mit dem Ruhebalken in Kontakt, wodurch dieser verlangsamt wird und sich vom Mitnehmer des Pendels ablöst. Das Pendel eilt so dem langsameren linken Mitnehmer davon. Dieser erfindungsgemäße Effekt führt zur vollständigen Isolierung des Pendels vom Vorgang des Öffnens des Gangrads. Der Abschwung des linken Gewichthebels läuft bis etwa -0,3° fort, bis die Öffnung des Gangrads stattfindet, dann wird der linke Gewichthebel vom Heberad erneut auf einen Winkelwert von 0,4° gehoben.
Ein weiteres darunter liegendes Diagramm zeigt den Kurvenverlauf des rechten Gewichthebels, der um genau 1 Sekunde verschoben zum Kurvenverlauf des linken Gewichthebels ist und bedingt durch die symmetrischen, aber umgekehrten Bewegungsabläufe, um die Abszisse gespiegelt ist.
Ein unteres Diagramm zeigt die Schwingungen des Ruhebalkens, der sich, getrieben durch die Gewichthebel beim Durchgang des Pendels durch die Lotachse bis etwa 0,3° bzw. -0,3° verlagert und so über die Ruhepaletten das Gangrad öffnet. Die Drehung des Gangrads wird beim nächsten Kontakt einer Ruhefläche des Ruherads mit einer Ruhepalette des Ruhebalkens beendet, wodurch der Ruhebalken erneut seine Stellung bei 0° einnimmt.
Figur 16
16 zeigt eine alternative Lagerung des Ruhebalkens 30 durch einen Lagerhalter 110, eine Lagerschwinge 112 und einen Lagerstift 111, die ein schwingbares Gelenk 113 ausbilden. Hierbei liegt die Schwingachse 70 in der Mittenachse des Lagerstifts 111. Durch die Verwendung von zwei Gelenken 113 kann der Ruhebalken 30 besonders schwingachsentreu gelagert werden. Die Verwendung von Gelenken 113 kann analog auch für die Gewichthebel genutzt werden. Gelenkhebeln 113 werden auch bei dieser erfindungsgemäßen freien Schwerkrafthemmung in Kombination mit Pendeln verwendet, die auf Schneiden, wie im Stand der Technik vorbekannt, gelagert sind.
Bezugszeichenliste

1 -: Pendel
2 -: Pendelstange
3 -: Pendelgewicht
4 -: Pendelbolzen
5 -: Pendelkopf
6 -: Mitnehmer
7 -: Pendelfeder
8 -: Klemmschraube
9 -: Klotz
10 -: linker Gewichthebel
11 -: rechter Gewichthebel
13 -: Hebestift
14 -: Gewichthebelfeder
16 -: Stellschraube
17 -: Brücke
18 -: Arm
19 -: Stellschraube
20 -: Klemmkopf
22 -: Zapfen
30 -: Ruhebalken
31 -: Ruhepalette
34 -: Ruhebalkenfeder
40 -: Gangrad
41 -: Heberad
42 -: Hebefläche
43 -: Ruherad
44 -: Ruhefläche
45 -: Welle
46 -: Ritzel
50 -: Räderwerk
51 -: Zahnrad
52 -: Zahnradwelle
60 -: Skala
70 -: Schwingachse
71 -: Lotachse
72 -: Skalenmarkierung am Totpunkt
80 -: Abschwung
81 -: Aufschwung
82 -: Drehbewegung
90 -: Kontakt
91 -: offene Kontaktstelle
100 -: Hemmung
110 -: Lagerhalter
111 -: Lagerstift
112 -: Lagerschwinge
113 -: Gelenk
200 -: Diagrammblatt

Claims

Freie Schwerkrafthemmung für Pendeluhren mit einem durch ein Räderwerk angetriebenes Gangrad, das ein Heberad mit Hebeflächen und ein Ruherad mit Ruheflächen umfasst, dessen Radachse senkrecht auf der Schwingebene des Pendels steht und sich mit seiner Lotachse schneidet, sowie mit zwei symmetrisch zur Lotachse und Radachse linksseitig und rechtsseitig angeordnete Gewichthebeln, die um dieselbe Schwingachse wie das Pendel schwingbar sind und die zeit- und wechselweise mit dem Gangrad in Kontakt stehen, wobei der rechtsseitige Gewichthebel bei einem rechtsseitigen Aufschwung/Abschwung des Pendels gehoben/gesenkt wird und der linksseitige Gewichthebel bei einem linksseitigen Aufschwung/Abschwung des Pendels gehoben/gesenkt wird, wodurch dem Pendel zeitweise Energie zuführt wird, dadurch gekennzeichnet, - dass jeder Gewichthebel 10, 11 über einen Hebestift 13 von den Hebeflächen 42 des Heberads 41 des Gangrads 40 zeit- und wechselweise gehoben wird, - dass jeder Gewichthebel 10, 11 zeit- und wechselweise mit einem Ruhebalken 30 in Kontakt tritt, der um dieselbe Schwingachse 70 wie das Pendel 1 schwingbar ist und der mit zwei Ruhepaletten 31 versehen ist, - wobei die Ruhepaletten 31 symmetrisch zur Lotachse und Radachse linksseitig und rechtsseitig wechselweise in das Ruherad 43 des Gangrads 40 eingreifen, - wodurch bei einem Abschwung des Pendels 1 wechselweise die Schwingbewegung eines Gewichthebels 10, 11 abschnittsweise auf den Ruhebalken 30 übertragen wird und dadurch das Ruherad 43 des Gangrads 40 von einer Ruhepalette 31 geöffnet wird, während das Pendel 1 frei schwingt.
Freie Schwerkrafthemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt zwischen Pendel 1 bzw. Mitnehmer 6 des Pendels 1 und den Gewichthebeln 10, 11 über Stellschrauben 19 erfolgt.
Freie Schwerkrafthemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt zwischen den Gewichthebeln 10, 11 und dem Ruhebalken 30 über Stellschrauben 16 erfolgt.
Freie Schwerkrafthemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr der Gewichthebel 10, 11 auf das Pendel 1 in einem Winkelbereich von +0,4° bis -0,4°, bezogen auf die Lotachse 71 (0°), endet.
Freie Schwerkrafthemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Hebung der Gewichthebel 10, 11 durch das Pendel 1 bzw. den Mitnehmer 6 des Pendels 1 erfolgt, während das Gangrad 40 in Ruhe ist.
Freie Schwerkrafthemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingbare Lagerung des Gewichthebel 10, 11 durch Gewichthebelfedern 14 erfolgt.
Freie Schwerkrafthemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingbare Lagerung des Ruhebalkens 30 durch Ruhebalkenfedern 34 erfolgt.
Freie Schwerkrafthemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingbare Lagerung der Gewichthebel 10, 11 und des Ruhebalkens 30 durch Gelenke 113 erfolgt.
Freie Schwerkrafthemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsfeste Lagerung für das Pendel 1, die Gewichthebel 10, 11 und den Ruhebalken 30 in einen gemeinsamen Klemmkopf 20 erfolgt.