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Technisches Gebiet
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Freie Schwerkrafthemmung für Pendeluhren, insbesondere Präzisionspendeluhren.
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Stand der Technik
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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.
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Einen bedeutenden Entwicklungsschritt erreichte Sigmund Riefler mit einer freien Schwerkrafthemmung, die als Patent
DE272119A bekannt wurde. Riefler-Uhren mit freier Schwerkrafthemmung erzielen hervorragende Ganggenauigkeiten von z. B. 0,005 Sekunden pro Tag und zählen bis heute zu den genauesten mechanischen Präzisionspendeluhren weltweit.
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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. Solche Vorrichtungen sind z. B. ein temperaturkompensiertes Pendel, ein luftdichtes Uhrengehäuse zur Vermeidung von Luftdruckschwankungen, eine steife Befestigung der Uhr an einem schwingungsarmen Ort.
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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 zeit- und wechselweise 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 z. B. von der Gewichtskraft eines Gewichts angetrieben wird.
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Das Gangrad hat eine ganzzahlige Vielzahl von Ruheflächen und ebenso viele 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.
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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 Pendel bzw. 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 beim 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 Aufsetzen seiner Palette auf eine Hebefläche des Gangrads gestoppt. Mit dem Passieren der Lotachse des Pendels schließt sich der Schwingungszyklus.
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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 bewerkstelligt 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.
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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.
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Um sich die hohe Empfindlichkeit des beschriebenen Systems vor Augen zu führen, soll hier kurz die erreichte, herausragende Präzision bei Gangabweichungen von z. B. 0,005 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. 0,005 Sekunden täglich bedeutet bezogen auf den zurückgelegten Weg, einen Wegfehler von 0,2 mm, dies entspricht einem Fehler von 0,0000058 %. 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.
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In der
DE 10 2007 051 292 B4 wird eine Vorrichtung einer freien Schwerkrafthemmung beschrieben, bei der dem Pendel keine Energie zum Öffnen des Räderwerks entzogen wird. Wie bereits aus dem erstgenannten Schutzrecht bekannt, werden auch bei dieser Vorrichtung zwei Gewichthebel eingesetzt, die vor ihrem Aufschwung durch das Pendel bereits gehoben sind. Der Kontaktweg zwischen den Gewichthebeln und dem Pendel beim Aufschwung ist durch die Hebung ein wenig kürzer als der Kontaktweg beim Abschwung, bei dem die Gewichthebel auf einer niedrigeren Position auf Anschläge stoßen. Im Unterschied zum erstgenannten Stand der Technik befinden sich keine Paletten an den Gewichthebeln, die zum Öffnen und Schließen in ein Gangrad eingreifen, noch gibt ein Gangrad mit Hebe- und Ruheflächen selbst. Zitiert wird diese Offenlegungsschrift einzig wegen der energieoptimalen Auslösung von Stützhebeln durch die Hebung der Gewichthebel durch das Pendel. Die Auslösung erfolgt in dem Augenblick, in dem ein Gewichthebel mit dem aufschwingenden Pendel in Kontakt tritt und gehoben wird. Hierbei wird ein jeweils unter den Gewichthebeln senkrecht stehender Stützhebel entlastet und freigegeben, ohne dass hierfür dem Pendel Energie entzogen wird. Die Freigabe der Stützhebel führt zu ihrem Schwenken, das der Öffnung eines komplizierten Mechanismus dient, der über auf zwei Wellen sitzenden Hemmungsnocken, Rückholnocken, Wippennocken, Zahnrädern und Wippe mit Hebestiften einen zyklisch wiederkehrenden Ablauf auslöst, wodurch sich das Räderwerk schrittweise weiterdreht und die Hebung der Gewichthebel sowie die Senkrechtstellung der Stützhebel erfolgt. Die hohe Anzahl von Bauteilen dieser Hemmung erhöht den Aufwand und die Kosten solcher Pendeluhren nachteilig. Ferner hat sich als nachteilig für einen störungsfreien Dauerbetrieb über mehrere Jahrzehnte der Wartungsaufwand und der Verschleiß der umlaufenden Rückholnocken und der Wippennocken erwiesen.
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Aus der
DE 10 2019 008 008 B3 ist eine Schwerkrafthemmung mit zwei Gewichthebeln und einem Ruhebalken bekannt, bei der dem Pendel zum Öffnen des Gangrads keine Energie entzogen wird und damit das Pendel gänzlich frei von schwankenden Einflüssen des Räderwerks schwingt. Jeder Gewichthebel verfügt über einen Hebestift, der zeitweise vom Heberad des Gangrads gehoben wird. Der Ruhebalken verfügt über zwei Ruhepaletten, die wechselweise in das Ruherad des Gangrads eingreifen. Die Gewichthebel werden bei einem Aufschwung/Abschwung des Pendels abschnittsweise gehoben/gesenkt. Beim Abschwung der Gewichthebel löst sich deren Kontakt zum Pendel in dem Augenblick, wenn die Gewichthebel mit dem Ruhebalken in Kontakt treten. Das Pendel eilt dem abschwingenden Gewichthebel davon und schwingt frei. Der weiter fortschreitende Abschwung der Gewichthebel verlagert nun den Ruhebalken mit seinen Ruhepaletten und öffnet so das Ruherad. Durch die Drehbewegung des Gangrads wird der abschwingende Gewichthebel nun vom Heberad gehoben. Die Drehbewegung wird durch das Eingreifen einer Ruhepalette in das Ruherad mit dem Erreichen einer Ruhefläche bis zum nächsten Öffnen gestoppt. Der Vorgang des Öffnens des Gangrads erfolgt durch die Gewichthebel in einem Zeitraum, in dem das Pendel frei schwingt.
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Dieser Stand der Technik vereint die Vorteile der beiden erstgenannten Schutzrechte - den einfachen und dauerhaft robusten Aufbau nach Riefler und die Eliminierung des Energieentzugs zum Öffnen des Gangrads vom Pendel. Da die Gewichthebel bei dieser Erfindung jedoch zwei wesentliche Aufgaben haben, zum einen die gewünschte Energiezufuhr ans Pendel sicherzustellen, zum anderen den Ruhebalken zur Öffnung des Gangrads anzutreiben, ist die Auslegung von Geometrie und Gewicht dieses Systems anspruchsvoll. So bedarf es ggf. der Umgestaltung der Gewichthebel bzw. des Ruhebalkens, wenn der Betrieb der Uhr von der normalen Umgebung in eine Unterdruckkammer verlegt wird, was bei Hochpräzisionsuhren zur Eliminierung von Druckluftschwankungen bevorzugt ist. Der Energiebedarf des Pendels beim Betrieb in einer Unterdruckkammer ist um Faktoren geringer und damit auch die Energiezufuhr der Gewichthebel entsprechend anzupassen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und über Jahre zuverlässige Hemmung zu schaffen, bei der die Öffnung des Gangrads durch die Paletten vom Pendel vollständig isoliert ist, um damit Schwankungen des Antriebsmoments des Gangrads gänzlich vom Pendel zu isolieren. Hierdurch wird eine einfache, vollständig freie Schwerkrafthemmung realisiert. Ferner liegt die Aufgabe zugrunde, die erreichbare Ganggenauigkeit einer Pendeluhr weiter zu verbessern.
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Lösung der Aufgabe
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Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche definiert.
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Gemäß der Erfindung umfasst die freie Schwerkrafthemmung zwei Gewichthebel, zwei Zeitglieder, eine Wippe mit Hebestiften, einen Ruhebalken mit Ruhepaletten und ein Gangrad. Die Abläufe der Schwerkrafthemmung werden im Zusammenwirken mit einem Pendel von dessen Schwingen bestimmt.
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Die Gewichthebel stehen zeit- und wechselweise mit dem Pendel in Kontakt und nehmen an dessen Aufschwung und Abschwung teil. Die Ruhepaletten des Ruhebalkens greifen zeit- und wechselweise in das Gangrad ein und dienen seiner Öffnung und Schließung. Die Wippe greift mit zwei Hebestiften in ein Heberad des Gangrads ein und wird durch dessen schrittweise Drehbewegung wechselweise in eine rechts- und linksseitige Schräglage zur Lotachse gebracht. Ein rechtsseitiges Zeitglied und ein linksseitiges Zeitglied werden von der Wippe getragen und bei dessen Kippen wechselweise gehoben, wodurch von den Zeitgliedern wechselweise die jeweiligen Gewichthebel gehoben werden.
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Ferner dienen die Zeitglieder dem wechselweisen Schwenken des Ruhebalkens mit seinen Ruhepaletten.
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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 mindestens ein Heberad mit Hebeflächen auf. Das Pendel schwingt um eine Schwingachse, um die auch die Gewichthebel schwenken. Als geeignete Lagerungen für das Pendel und die Gewichthebel haben sich Schwingfedern erwiesen. Sehr gute Ganggenauigkeiten werden auch durch Schneidenlagerungen erreicht, bei denen das Pendel auf scharfen Schneiden schwingend auf einer harten Oberfläche abwälzen. Für die Lagerung der Gewichthebel haben sich auch Drehgelenke mit zwei gekreuzten Biegefeldern erwiesen. Welche Art und Kombinationen von Lagerungen für Pendel und Gewichthebel gewählt wird, kann im Sinne der Erfindung als äquivalent angesehen werden. Die Gewichthebel sind spiegelsymmetrisch zur Lotachse des Pendels angeordnet. Das Gangrad wird von einem typischen Räderwerk mit einem konstanten Antriebsmoment angetrieben. Einzelne Wellen des Räderwerks können mit Zeigern versehen werden und zeigen so z. B. Minuten und Stunden. Das Gangrad kann mit einem Sekundenzeiger versehen sein, wie es typisch für mechanische Pendeluhren ist.
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Die Funktionen der rechtsseitigen Bauteile der Hemmung entsprechen denen der gleichartigen linksseitigen Bauteile. Die wechselweise von den Zeitgliedern gehobenen Gewichthebel werden vom Pendel bei dessen Aufschwung mitgenommen. Die wechselweise Hebung der Zeitglieder erfolgt wiederum durch das Kippen der Wippe in die Schräglagen. Der Kontakt zwischen den Gewichthebeln und den Zeitgliedern führt für einen kurzen Moment zur Klemmung der Zeitglieder. Mit dem Einsetzen des Aufschwungs der Gewichthebel durch das Pendel werden die Zeitglieder wieder freigegeben und bewegen sich auf der schrägstehenden Wippe, von der Schwerkraft getrieben, in Richtung des senkrechten Ruhebalkens, um dessen Schwenken zu bewirken. Hierdurch verlagern sich seine Ruhepaletten derart, dass das Gangrad geöffnet wird und zu drehen beginnt. Von den Hebeflächen des Heberads werden die Ruhepaletten verlagert und stellen den Ruhebalken wieder in die Senkrechte. Das Gangrad stoppt erneut durch den Kontakt einer Ruhefläche des Ruherads mit einer Ruhepalette. Mit jeder schrittweisen Drehung des Gangrads erfolgt über das Eingreifen der Hebestifte in das Heberad auch ein Kippen der Wippe um die Lotachse. Nach dem Erreichen der Totpunkte des Pendels treiben wechselweise die Gewichthebel das Pendel bei seinem Abschwung solange, bis diese von ortsfesten Anschlägen gestoppt werden und das Pendel frei weiterschwenkt. Das Maß der Hebung der Gewichthebel durch die Zeitglieder entspricht genau der Verlängerung der Kontaktwege beim Abschwung gegenüber den Kontaktwegen beim Aufschwung und bestimmt so die Größe der Energiezufuhr auf das Pendel.
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Der gesamte Funktionsablauf der Zeitglieder, der Wippe und des Ruhebalkens ist vom Pendel vollständig isoliert. Das Heben der Gewichtshebel durch das Pendel löst den immer wiederkehrenden Funktionsanlauf von Zeitgliedern, Wippe, Ruhebalken und Gangrad aus, ohne dass dem Pendel hierfür Energie entzogen wird. Im Kontakt des Pendels mit seiner Umgebung wird nur durch das Heben der Gewichthebel beim Aufschwung und durch minimale Luft- und Lagerreibung Energie entzogen, die mit dem verlängerten Kontaktweg der Gewichthebel beim Abschwung überkompensierend zugefügt wird. Mit diesem Wirkprinzip werden bestehende Nachteile der Öffnung des Gangrads durch Energieentzug vom Pendel eliminiert. Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht also darin, dass die Energie zur Öffnung des Gangrads von den Zeitgliedern kommt und nicht vom Pendel. Das Pendel kann als völlig frei angesehen werden, da es nur mit den Gewichthebeln in Kontakt steht, die lediglich schwerkraftbelastet sind. Unregelmäßigkeiten im Räderwerk, am Gangrad und den Ruhepaletten, können erfindungsgemäß nicht auf das Pendel übertragen werden.
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Im Folgenden wird der Schwingungszyklus näher erklärt: Ausgehend von einer Schwingung, die in dem Moment beginnt, in dem sich das Pendel an der Position seiner Lotachse befindet, bewegt es sich mit seiner maximalen Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn nach links. Das Pendel wird hierbei nur solange vom rechten Gewichthebel getrieben, bis dieser auf einem ortsfesten Anschlag auftrifft und den Kontakt zum Pendel verliert. Auf dem Weg des Aufschwungs zum linken Totpunkt nimmt das Pendel den bereits vom linken Zeitglied gehobenen linken Gewichthebel mit und löst dadurch seinen Kontakt zum Zeitglied. Das auf der Wippe ruhende linke Zeitglied beschleunigt nun, von der Schwerkraft getrieben, und rollt geführt von der Wippe in Richtung der Lotachse, bis es auf den senkrechten Ruhebalken trifft und diesen schwenkt. Die auf dem Ruherad anliegende rechte Ruhepalette verschiebt sich hierdurch, bis die Öffnung des Gangrads eintritt und dieses zu drehen beginnt. Durch das Erreichen einer Ruhefläche stoppt wenig später die linke Ruhepalette die Drehbewegung des Gangrads. Durch die Drehung des Gangrads werden die Hebestifte der Wippe derart verlagert, dass hierdurch ein Kippen von der linksseitigen Schräglage (linke Seite zeigt nach oben) in die rechtsseitige Schräglage (rechte Seite zeigt nach oben) erfolgt. Das linke Zeitglied rollt nun wieder entlang der Wippe nach links, während das rechte Zeitglied gehoben wird und hierdurch den rechten Gewichthebel anhebt. Die Auflagekraft des rechten Gewichthebels reicht aus, um ein Herabrollen des rechten Zeitglieds auf der schrägen Wippe zu verhindern. Nach dem Erreichen des linken Totpunkts setzt der Abschwung ein und das Pendel schwingt gegen den Uhrzeigersinn nach rechts. Das Pendel verliert seinen Kontakt zum linken Gewichthebel erst, wenn dieser auf einen ortsfesten Anschlag trifft. Beim Aufschwung nach rechts nimmt das Pendel den rechten Gewichthebel mit und gibt hierdurch das rechte Zeitglied frei, das nun beginnt, von der Schwerkraft getrieben, auf der Wippe in Richtung der Lotachse zu rollen. Die Öffnung des Gangrads erfolgt durch die Verlagerung der linken Ruhepalette durch das Schwenken des Ruhebalkens, getrieben vom rechten Zeitglied. Die einsetzende Drehung des Gangrads führt zum erneuten Kippen der Wippe, wodurch das linke Zeitglied gehoben wird und hierdurch den linken Gewichthebel anhebt, sowie das rechte Zeitglied wieder nach rechts rollt. Nach Erreichen des rechten Totpunkts und dem Abschwung zur Lotachse verbleiben die Wippe und die Zeitglieder in Ruhe. Mit dem Beginn des Aufschwungs des Pendels nach links schließt sich der immer wiederkehrende Schwingungszyklus.
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Weitere bevorzuge Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Wippe und Gewichthebel mit Stellmitteln ausgestattet sind. Die Stellmittel sind unabhängig voneinander, können jedoch einzeln und in Kombination eingesetzt werden.
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Stellmittel an der Wippe, die im Bereich seiner Schräglagen auf einen ortsfesten Anschlag stoßen, dienen dazu, die genaue Endlage der Schräglagen einstellbar und reproduzierbar zu machen. Hierdurch wird indirekt das Maß der Hebung der Zeitglieder einstellbar und reproduzierbar. Typische geometrische Toleranz der Hebeflächen des Heberads haben hierdurch keinen Einfluss auf die Schräglage der Wippe bzw. die Hebung der Zeitglieder. Eine stets konstante Hebung der Zeitglieder führt zu einer ebenso konstanten Hebung der Gewichthebel und damit zu einem stets konstanten Kontaktweg von Gewichthebel und Pendel beim Aufschwung.
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Um ein Klemmen der Hebestifte am Gangrad bei unterschiedlichen Einstellungen der Stellmittel der Wippe zu vermeiden, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen der Wippe und den Hebestiften Drehgelenke und die Hebestifte haltende Schwenkarme vorgesehen sind. Die Drehgelenke wirken dabei wie Federn zwischen Wippe und Hebestiften.
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Stellmittel an den Gewichthebeln, die beim Abschwung des Pendels auf ortsfeste Anschläge stoßen, dienen dazu, die genaue Endlage der Gewichtshebel einstellbar und reproduzierbar zu machen. Hierdurch wird der Kontaktweg beim Abschwung des Pendels einstellbar und reproduzierbar. Geometrische Toleranzen des Gangrads führen im Stand der Technik zu unterschiedlich langen Kontaktwegen und damit zu Schwankungen der Energiezufuhr, die durch diese Erfindung überwunden werden. In der Kombination mit den Stellmitteln der Wippe ist hierdurch die Größe der Energiezufuhr der Gewichthebel auf das Pendel einstellbar und reproduzierbar und damit auch konstant. Je geringer die Differenz der Kontaktwege beim Abschwung zu den Kontaktwegen beim Aufschwung ist, desto geringer ist die Energiezufuhr auf das Pendel.
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Weitere Stellmittel an den Gewichthebeln, die zeitweise mit dem Pendel in Kontakt treten, dienen dazu, den Beginn und das Ende der Kontaktwege beim Aufschwung und beim Abschwung einstellbar und reproduzierbar zu machen. Der herausragende Vorteil liegt darin, dass der Winkelbereich, in dem die Energiezufuhr der Gewichthebel auf das Pendel stattfindet, genau symmetrisch zur Lotachse gelegt werden kann, also gleich weit vor der Lotachse einsetzt (z. B. +0,1°), wie nach der Lotachse endet (z. B. -0,1°). Hierdurch wird die beschleunigende Wirkung einer Energiezufuhr im Abschwung von einer verlangsamenden Wirkung einer gleich großen Energiezufuhr im Aufschwung kompensiert, wodurch optimale Bedingungen zur Erreichung eines Isochronismus des Pendels geschaffen werden.
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Keine bekannte mechanische Hemmung für Pendeluhren ermöglicht eine solche Einstellbarkeit des Winkelbereichs und der Größe der Energiezufuhr, vielmehr sind die beiden Parameter im Stand der Technik insbesondere von der Geometrie des Gangrads abhängig und unveränderbar.
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Als besonders vorteilhaft haben sich Zeitglieder in Kugelform erwiesen, da sie preiswert in sehr hoher geometrischer Güte verfügbar sind und hierdurch eine immer konstante Hebung der Gewichthebel ermöglichen. Ferner bilden sich Punktberührungen einer Kugel auf runden Stiften oder geraden Kanten aus, wodurch auch im Dauerbetrieb Anhaftungen vermieden werden.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Gangrad mit einem Sekundenzeiger zu versehen, der minütlich einmal umläuft.
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Figurenliste
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Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Figuren zeigen:
- 1 Freie Schwerkrafthemmung mit Pendel in räumlicher Ansicht von rechts
- 2 Freie Schwerkrafthemmung mit Pendel und Skala in Vorderansicht
- 3 Freie Schwerkrafthemmung mit Pendel in Seitenansicht von links
- 4 Vereinfachte räumliche Ansicht mit Zeitgliedern, Wippe und Ruhebalken
- 5 Vereinfachte räumliche Ansicht mit Gewichthebel und Pendel
- 6a, b, c Freie Schwerkrafthemmung mit Details in Vorder- und Hinteransicht bei einer Pendelposition auf der Lotachse bei 0°
- 7a, b, c Freie Schwerkrafthemmung mit Details in Vorder- und Hinteransicht bei einer Pendelposition von 0,2°
- 8a, b, c Freie Schwerkrafthemmung mit Details in Vorder- und Hinteransicht bei einer Pendelposition von 0,9°
- 9a, b, c Freie Schwerkrafthemmung mit Details in Vorder- und Hinteransicht bei einer Pendelposition am Totpunkt bei 1°
- 10a, b, c Freie Schwerkrafthemmung mit Details in Vorder- und Hinteransicht bei einer Pendelposition auf der Lotachse bei 0°
- 11a, b, c Freie Schwerkrafthemmung mit Details in Vorder- und Hinteransicht bei einer Pendelposition von -0,2°
- 12a, b, c Freie Schwerkrafthemmung mit Details in Vorder- und Hinteransicht bei einer Pendelposition von -0,9°
- 13a, b, c Freie Schwerkrafthemmung mit Details in Vorder- und Hinteransicht bei einer Pendelposition am Totpunkt bei -1°
- 14 Diagrammblatt eines Pendels mit einer Schwingweite von insgesamt 1,4° (±0,7°)
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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Figur 1
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1 zeigt eine Hemmung 100 mit Teilen eines Pendels 1, mit dem Gangrad 40 und den Klemmkopf 20.
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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 oder offensichtlich und aus dem Stand der Technik bereits vorbekannt sind. Diese Bauteile sind z. B. das Gehäuse zum Aufnehmen und Halten der Pendeluhr, ein Räderwerk zum Antrieb des Gangrads mit Lagerung und Platinen, mit dem Räderwerk verbundene Zeiger (Minutenzeiger, Stundenzeiger) nebst Zifferblatt zum Anzeigen der Uhrzeit und weitere bekannte Teile des Uhrwerks.
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Das Gangrad 40 besteht aus dem Ruherad 45 und zwei Heberädern 41, 42 mit ihren Hebeflächen 43, 44. Diese Räder sind fest mit einer drehbar gelagerten Welle 47 verbunden, auf der auch das Ritzel 48 und der Sekundenzeiger 21 sitzen. Das Ritzel 48 wird vom Räderwerk angetrieben. Das Räderwerk und die Lagerung der Welle 47 sind zur besseren Übersichtlichkeit ausgeblendet.
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Das Pendel 1 ist nur teilweise sichtbar, wobei die Pendelstange 2 mit ihrem Pendelbolzen 4 im Pendelkopf 5 ruht. Der Pendelkopf 5 mit seinem Mitnehmer 6 klemmt über den Klotz 9 zwei Pendelfedern 7, die ortsfest im Klemmkopf 20 eingespannt sind. Die Schwingbewegung des Pendels hat ihren Drehpunkt um die Schwingachse 70. Das Pendelgewicht ist in dieser Figur nicht sichtbar.
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Der Ruhebalken 30 ist mittels der Drehgelenke 38 schwenkbar gelagert, wobei die Drehgelenke im ortfesten Fuß 34 eingespannt sind. Der zum Ruhebalken gehörende Bügel 32 bildet mit diesem eine starre Einheit und sticht durch die Öffnung der Wippe 22, um von den Zeitgliedern 23, 24 abwechselnd betätigt zu werden. Die Ruhepaletten 31 sind fest im Ruhebalken 30 montiert und greifen zeit- und wechselweise in das Ruherad 45 ein, um dieses zu öffnen und zu schließen. Der Ruhebalken steht in dieser Figur in seiner senkrechten Lage. Der ortsfeste Fuß 34 ist über einen Pfeiler mit den Platinen verbunden (hier ausgeblendet).
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Die Wippe 22 nimmt wechselweise zwei Schräglagen ein, die durch die Stellmittel 64, 65 und die ortsfesten Anschläge 15, 16 bestimmt sind. Die Wippe 22 ist über in Haltern 28 montierte Drehgelenke 35 schwenkbar gelagert. Sie hat eine rinnenartige Aussparung, die zur Führung der Zeitglieder 23, 24 dienen. Im unteren Bereich der Wippe 22 befinden sich zwei Schwenkarme 25, 26, die über die Drehgelenke 36, 37 mit diesem verbunden sind. Nicht sichtbare Hebestifte sind in den Schwenkarmen 25, 26 montiert, die wechselweise durch die Hebeflächen 44 des Heberads 42 über die Schwenkarme 25, 26 die Kippung der Wippe 22 auslösen. Durch diese Ausführung wird ein mögliches Klemmen der durch die Stellmittel 64, 65 begrenzten Bewegungen der Wippe 22 während der Drehung des Gangrads verhindert, da die Schwenkarme 23, 24 zur Wippe 22 elastisch gelagert sind.
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Die Gewichthebel 10, 11 sind an Gewichthebelfedern 14 unabhängig voneinander schwenkbar gelagert, sie schwenken um dieselbe Schwingachse 70 wie das Pendel 1. Über die Stellmittel 62, 63, die sich zweitweise auf den ortsfesten Anschlägen 15, 16 abstützen, wird die untere Ruhelage der Gewichthebel 10, 11 definiert. Bei der Hebung der Gewichthebel 10, 11 durch die Zeitglieder 23, 24 löst sich der Kontakt der Stellmittel 62, 63 von den Anschlägen 15, 16. In dieser Perspektive ist der am Gewichthebel 11 montierte Arm 18 sichtbar, der über das Stellmittel 61 im zweitweisen Kontakt mit dem Mitnehmer 6 die Pendelbewegung überträgt, links entsprechend. Beim Aufschwung des Pendels 1 werden so die Gewichthebel 10, 11 wechselweise gehoben und geben so die Zeitglieder 23, 24 frei, die ihrerseits, der Schrägstellung der Wippe 22 folgend, auf den Bügel 32 zurollen, um den Ruhebalken 30 zu verlagern.
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Zur genauen Ausrichtung der Pendelfedern 7, der Gewichthebelfedern 14 und der Halter 28 zueinander, wurde die gemeinsame Montage im Klemmkopf 20 gewählt.
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Figur 2
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2 zeigt die erfindungsgemäße Hemmung 100 mit Gangrad 40 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.
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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 8, 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.
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Im oberen Bereich befindet sich der ortsfeste Klemmkopf 20. Der Fuß 34 ist unterhalb des Gangrads 40 ortsfest angeordnet.
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Figur 3
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3 zeigt eine linke Seitenansicht der Hemmung 100 und das Pendel 1 aus 1. Auf die Wiederholung der Erklärung aller Bezugsnummern kann teilweise verzichtet werden, wie auch in den folgenden Figuren.
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Mit dem Pendelkopf 5 ist der Mitnehmer 6 starr verbunden, der zeitweise die Schwingbewegungen des Pendels 1 über das im Arm 17 eingesetzte Stellmittel 60 auf den linken Gewichthebel 10 überträgt. Das an den Pendelfedern 7 aufgehängte Pendel 1 und der an den Gewichthebelfedern 14 aufgehängte Gewichthebel 10 schwenken um dieselbe Schwingachse 70, so dass am Kontaktpunkt zwischen Mitnehmer 6 und Stellmittel 60 keine Reibbewegungen auftreten, die einen undefinierten Energieverbrauch zur Folge hätten und sich negativ auf die Ganggenauigkeit auswirken würden. Der Gewichthebel 10 trifft beim Abschwung des Pendels 1 über das Stellmittel 62 auf den ortsfesten Anschlag 15 und stoppt, wodurch sich der Kontakt zwischen Gewichthebel 10 und Pendel 1 aufhebt und das Pendel 1 frei weiterschwingt.
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Auf der Welle 47 ist das Heberad 41, 42, das Ruherad 45, das Ritzel 48 und der Sekundenzeiger 21 montiert. Mit der Wippe 22 wirken Hebestifte 13 zusammen, die über das Heberad 42 sein Kippen bewirken. Das Stellmittel 64 begrenzt die Schwenkbewegung der Wippe 22 am ortsfesten Anschlag 15. Über die Halter 28 erfolgt die Aufnahme der Lagerung für die Wippe 22. Die Halter 28, die Pendelfedern 7 und die Gewichthebelfedern 7 sind gemeinsam am Klemmkopf 20 geklemmt.
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Im Ruhebalken 30 sind die Ruhepaletten 31 fixiert, die abwechselnd in das Heberad 41 und das Ruherad 45 eingreifen und dessen Öffnung und Schließung bewirken. Der Bügel 32 bildet mit dem Ruhebalken 30 eine Einheit und umschließt die Welle 47, ohne diese zu berühren. Der Ruhebalken 30 ist im ortsfesten Fuß 34 schwenkbar gelagert.
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Figur 4
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4 zeigt eine durch das Fortlassen einzelner Bauteile stark vereinfachte räumliche Ansicht von Teilen der Hemmung von rechts, die den Blick auf den Ruhebalken 30, die Wippe 22 und die Zeitglieder 23, 24 besonders anschaulich darstellt.
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Der mit dem Ruhebalken 30 eine Einheit bildende Bügel 32 durchsticht die Wippe 22, in die eine Öffnung eingebracht ist, ohne diese zu berühren. Die Zeitglieder 23 und 24 werden durch die rinnenartige Aussparung in der Wippe 22 geführt, so dass sie auf der schrägstehenden Wippe 22 beim Herabrollen auf den Bügel 32 stoßen und so die Schwenkung des Ruhebalkens 30 bewirken.
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Im unteren Bereich der Wippe 22 ist der mittels Drehgelenk 37 gelagerte Schwenkarm 26 mit Hebestift 13 angeordnet. Das Stellmittel 65 begrenzt das Kippen der Wippe 22 in eine Endlage. Die Wippe 22 ist schwenkbar über Drehgelenke 35 gelagert, die in Haltern 28 montiert sind.
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Figur 5
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5 zeigt eine durch das Fortlassen einzelner Bauteile stark vereinfachte räumliche Ansicht von Teilen der Hemmung von links, die den Blick auf den linken Gewichthebel 10 besonders anschaulich darstellt.
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Der Gewichthebel 10 ist an den Gewichthebelfedern 14 schwenkbar gelagert. Die Pendelbewegung wird zweitweise vom Mitnehmer 6 über das Stellmittel 60 und den Arm 17 auf den Gewichthebel 10 übertragen. Über den im Gewichthebel 10 fixierten Auflagestift 66 erfolgt der Kontakt mit dem nicht dargestellten Zeitglied. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass es zu keinen Anhaftungen zwischen Auflagestift 66 und dem kugelförmigen Zeitglied kommt, denn bei geeigneter Werkstoffwahl ist eine Punktberührung ideal. Beim Abschwung des Pendels trifft das Stellmittel 62 auf den nicht dargestellten Anschlag und stoppt, wodurch sich der Kontakt zwischen Pendel 1 und Gewichthebel 10 löst.
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Figuren 6a bis 13c
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Die Gruppe der 6a, b, c bis 13a, b, c zeigt in stets gleichartigen Ansichten die Hemmung mit Gangrad und Pendel in Voransicht und Rückansicht sowie Details aus diesen Ansichten in Vergrößerung bei verschiedenen Pendellagen von 0°, ±0,2°, ±0,9° und ±1° zur Darstellung und Erklärung der Funktionsabläufe des Schwingungszyklus. Die in den 6a, 6b und 6c beschriebenen Bauteile werden in der Beschreibung der nachfolgenden Figuren nur dann wiederholt, wenn dies für die Beschreibung der spezifischen Pendellage von Bedeutung ist.
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Figur 6c
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Die 6c zeigt das Pendel mit seinem Pendelgewicht 3 an der Position der Lotachse 71, das sich gerade in Richtung seines Aufschwungs 81 nach links bewegt. Über die ortsfeste Skala 8 kann die Pendellage gut abgelesen werden. Die 6a und 6b zeigen die Hemmung genau in dieser Pendellage.
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Figur 6a
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Die 6a zeigt die Hemmung in der Vorderansicht. Das Pendel ist in dieser Ansicht nahezu verdeckt. Vier Detailansichten in den Eckbereichen der 6a zeigen vergrößert diejenigen Funktionsbereiche der Hemmung, die für die Offenbarung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von besonderer Bedeutung sind.
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Das Ruherad 45 liegt im Kontakt 90 mit einer Zahnflanke an der rechten Ruhepalette 31 an, die so das Gangrad schließt. An der gegenüberliegenden Seite des Ruhebalkens 30 hat die linke Ruhepalette 31 keinen Kontakt zum Ruherad 45. In dieser Lage stehen der Ruhebalken 30 und sein Bügel 32 senkrecht.
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Die Wippe 22 steht in ihrer linksseitigen Schräglage (linke Seite der Wippe zeigt nach oben) in Ruhelage und stützt sich mit Kontakt 90 über das Stellmittel 62 am ortsfesten Anschlag 15 ab. Das linke Zeitglied 23 hebt über den Kontakt 90 den Auflagestift 66 des linken Gewichthebels 10 ein wenig an, so dass zwischen dem Stellmittel 62 und dem Anschlag 15 eine offene Kontaktstelle 91 entsteht. Die Hebung ist wegen des sehr geringen Energieverbrauchs des Pendels so gering, dass die offene Kontaktstelle selbst in der vergrößerten Detailansicht kaum zu erkennen ist. Das rechte Zeitglied 24 führt gerade, getrieben von der Schwerkraft, entlang der Wippe 22 eine nach rechts gerichtete Rollbewegung 83 aus. Der im Abschwung mit dem Pendel befindliche rechte Gewichthebel 11 hat über das Stellmittel 63 eine noch offene Kontaktstelle 91 zum Anschlag 16, was in der oberen rechten Detailansicht angezeigt wird.
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Figur 6b
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Die 6c zeigt dieselbe Vorrichtung aus 6a in der Rückansicht. In dieser Ansicht ist das Pendel mit Pendelstange 2 und Pendelkopf 5 gut sichtbar. Der Mitnehmer 6 ragt in dieser Ansicht über den Pendelkopf 5 nach oben heraus und wird nur teilweise von der Pendelfeder 7 verdeckt. In dieser Ansicht steht die Wippe 22 gespiegelt um die Lotachse zur 6a auf der rechten Seite nach oben, da es sich ja um die Rückansicht handelt. Das Heberad 42 und die auf ihm ruhenden Hebestifte 13 sind gut erkennbar. Da die Schwenkarme 25, 26 über die Drehgelenke 35, 36 schwenkbar gelagert sind, haben die Hebestifte 13 stets Kontakt 90 mit dem Heberad 42. Diese Ausgestaltung verhindert ein Klemmen der Wippe 22 während der Drehung des Gangrads.
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Der noch im Abschwung 80 befindliche Gewichthebel 11 mit seinem Arm 18 und dem Stellmittel 61 liegen über den Kontakt 90 am Mitnehmer 6 an. Auf der Seite des Gewichthebels 10 besteht zwischen dem Stellmittel 60, im Arm 17 montiert, eine offene Kontaktstelle 91 zum Mitnehmer 6 des Pendels. Die sehr geringen Spalte der offenen Kontaktstelle 91 sind auch hier kaum erkennbar.
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Figur 7c
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Die 7c zeigt das Pendel mit seinem Pendelgewicht 3, im Aufschwung 81 befindlich, bei einem Ausschlag von 0.2° zur Lotachse, wie die Skala 8 zeigt.
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Figur 7a
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In 7a ist das Zeitglied 24 in seiner Rollbewegung 83 sichtbar, das sich gegenüber 6a ein wenig weiter nach rechts bewegt hat.
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Das Stellmittel 63 im rechten Gewichthebel 11 hat bei dieser Pendellage gerade den Kontakt 90 mit dem ortsfesten Anschlag 16 geschlossen, wodurch die Energiezufuhr des Gewichthebels 11 auf das Pendel endet. Der linke Gewichthebel 10 wird unverändert zur 6a vom ruhenden Zeitglied 23 gehoben. Erst wenig später erfolgt die Hebung durch das Pendel. Der Ruhebalken 30 steht unverändert zur 6a senkrecht und schließt über die Ruhepalette 31 weiterhin das Gangrad.
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Figur 7b
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Bei der Pendellage von 0,2° verliert der Mitnehmer 6 des Pendels gerade den Kontakt zum Gewichthebel 11, so dass sich eine offene Kontaktstelle 91 zwischen dem Stellmittel 61 und dem Mitnehmer 6 bildet. Genau bei dieser Pendellage schließt sich gerade der Kontakt 90 zum Stellmittel 60, wodurch der Aufschwung 81 des Gewichthebels 10 durch das Pendel einsetzt.
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Figur 8c
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Die 8c zeigt das Pendel mit seinem Pendelgewicht 3 weiterhin im Aufschwungs 81 befindlich, bei einem Ausschlag von 0.9° zur Lotachse wie die Skala 8 zeigt.
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Figur 8a
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In 8a ist dargestellt, wie das rechte Zeitglied 24 bereits zur Ruhe gekommen ist und nun am Stift 27 der Wippe 22 anliegt. Das linke Zeitglied 23, nunmehr durch den Aufschwung 81 des Gewichthebels 10 durch das Pendel freigegeben, bewegt sich, von der Schwerkraft getrieben, in Rollbewegung 83 und stößt gerade an den Bügel 32, wodurch dieser wenig später den Ruhebalken 30 zu verlagern beginnt. In dieser Pendellage steht der Ruhebalken mit seinem Bügel 32 gerade noch senkrecht.
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Der linke Gewichthebel 10 befindet sich mit dem Pendel im Aufschwung 81. Der Gewichthebel 11 ruht über das Stellmittel 63 auf dem Anschlag 16 ohne Kontakt zum Pendel.
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Figur 8b
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Bei einer Pendellage von 0,9° treibt der Mitnehmer 6 weiterhin das Stellmittel 60 des Gewichthebels 10 in Richtung Totpunkt. Zum im Arm 18 sitzenden Stellmittel 61 besteht eine offene Kontaktstelle 91, da der Gewichthebel 11 bereits über das Stellmittel 63 auf dem Anschlag 16 ruht.
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Figur 9c
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Die 9c zeigt das Pendel mit seinem Pendelgewicht 3 bei einer Skalenmarkierung am Totpunkt 72 bei 1°.
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Figur 9a
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In 9a ist die Schwenkbewegung 84 des Ruhebalkens 30 mit seinem Bügel 32, getrieben von dem in der Rollbewegung 83 befindlichen Zeitglied 23, bereits so fortgeschritten, dass die Öffnung des Gangrads eingesetzt hat und dieses nun im Uhrzeigersinn seine Drehbewegung 82 beginnt. Zwischen der rechten Ruhepalette 31 und dem Ruherad 45 besteht die offene Kontaktstelle 91. Die linke Ruhepalette 31 tritt gerade in Kontakt 90 mit einer Hebefläche des Heberads 41, wodurch die Schwenkbewegung 84 des Ruhebalkens 30 nun zur Ruhe kommt und auch die Rollbewegung 83 des Zeitglieds 23 zu enden beginnt.
Der rechte Gewichthebel 11 ruht weiterhin über das Stellmittel 63 auf dem Anschlag 16, wohingegen der linke Gewichthebel 10 in dieser Position des Pendels am Totpunkt seine höchste Lage erreicht.
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Figur 9b
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Zwischen dem Mitnehmer 6 des Pendels und dem Stellmittel 61 besteht weiterhin die offene Kontaktstelle 91. Über das Stellmittel 60 hält der Mitnehmer 6 den Gewichthebel 10 an der Position des Totpunkts. Beide Hebestifte 13 stehen in Kontakt 90 mit dem Heberad 42.
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Figur 10c
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Die 10c zeigt das Pendel auf der Lotachse, nun den Aufschwung 81 nach rechts, entgegen des Uhrzeigersinns, beginnend.
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Figur 10a
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Die 10a zeigt den Ruhebalken 30, wieder in einer senkrechten Position stehend, nachdem das Gangrad durch die linke Ruhepalette 31 mit dem Erreichen einer Flanke des Ruherads 45 gestoppt worden ist. Die senkrechte Lage des Ruhebalkens 30 ergibt sich dadurch, dass die linke Ruhepalette 31 auch auf der Hebefläche 43 des Heberads 41 anliegt. Die Drehung des Gangrads hat den Sekundenzeiger 21 um 1/60 einer vollen Umdrehung weitergestellt, während das Pendel vom linken Totpunkt zur Lotachse abgeschwungen ist.
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Durch die erfolgte Drehung des Gangrads wurde nunmehr das Kippen der Wippe 22 entgegen des Uhrzeigersinns ausgeführt, wodurch sich das Zeitglied 23, getrieben von der Schwerkraft, bereits in der Rollbewegung 83 nach links bewegt. Die Wippe 22 stützt sich über das Stellmittel 65 am Anschlag 16 ab. Das rechte Zeitglied 24 hat seinerseits durch das Kippen der Wippe 22 in seine rechtsseitige Schräglage eine Hebung erfahren und hebt nun über den Auflagestift 67 den rechten Gewichthebel 11 an, so dass das Stellmittel 63 eine offene Kontaktstelle 91 zum Anschlag 16 hat. Der linke Gewichthebel 10 treibt das Pendel, vom Totpunkt kommend, weiter fort, da das Stellmittel 62 noch nicht auf den Anschlag 15 getroffen ist. In dieser Lage führt der rechte Gewichthebel 10 dem Pendel weiterhin Energie zu.
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Figur 10b
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Nach erfolgter Drehung des Gangrads ruht der in dieser Ansicht linke Hebestift 13 auf einem Zahn des Heberads 42 und der rechte Hebestift zwischen zwei Zähnen. Diese Verlagerung der Hebestifte 13 gegenüber den Lagen aus den 6b bis 9b hat das Kippen der Wippe 22 geführt. Der Mitnehmer 6 wird vom Gewichthebel 10 getrieben, der über das Stellmittel 60 mit ihm in Kontakt 90 steht. Zum Gewichthebel 11 mit Stellmittel 61 besteht eine offene Kontaktstelle 91 zum Mitnehmer 6.
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Figur 11c
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Die 11c zeigt das Pendel mit seinem Pendelgewicht 3 im Aufschwung 81 nach rechts befindlich, bei einem Ausschlag von -0.2° zur Lotachse, wie die Skala 8 zeigt. Es entspricht dem Spiegelbild der 7c, bei dem das Pendel jedoch nach links aufschwingt.
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Figur 11a
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In 11a ist das Zeitglied 23 in seiner Rollbewegung 83 sichtbar, das sich gegenüber 10a ein wenig weiter nach links bewegt hat.
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Das Stellmittel 62 im linken Gewichthebel 10 hat bei dieser Pendellage gerade den Kontakt 90 mit dem ortsfesten Anschlag 15 geschlossen. Der rechte Gewichthebel 11 wird unverändert zur 10a vom ruhenden Zeitglied 24 gehoben. Erst wenig später erfolgt sein Aufschwung durch das Pendel. Der Ruhebalken 30 steht, unverändert zur 10a, senkrecht und schließt über die linke Ruhepalette 31 weiterhin das Gangrad.
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Figur 11b
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Bei der Pendellage von -0,2° verliert der Mitnehmer 6 des Pendels gerade den Kontakt zum Gewichthebel 10, so dass sich eine offene Kontaktstelle 91 zwischen dem Stellmittel 60 und dem Mitnehmer 6 bildet. Genau bei dieser Pendellage schließt sich gerade der Kontakt zum Stellmittel 61, wodurch der Aufschwung 81 des Gewichthebels 11 durch das Pendel einsetzt.
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Figur 12c
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Die 12c zeigt das Pendel mit seinem Pendelgewicht 3 weiterhin im Aufschwung 81 nach rechts befindlich, bei einem Ausschlag von -0.9° zur Lotachse, wie die Skala 8 zeigt.
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Figur 12a
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In 12a ist dargestellt, wie das linke Zeitglied 23 bereits zur Ruhe gekommen ist und nun am Stift 27 der Wippe 22 anliegt. Das rechte Zeitglied 24 bewegt sich weiter in Rollbewegung 83 und stößt gerade an den Bügel 32, wodurch dieser wenig später den Ruhebalken 30 entgegen des Uhrzeigersinns zu verlagern beginnt. In dieser Pendellage steht der Ruhebalken 30 mit seinem Bügel 32 weiterhin senkrecht.
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Der rechte Gewichthebel 11 befindet sich, getrieben durch das Pendel, im Aufschwung 81. Der Gewichthebel 10 ruht über das Stellmittel 62 auf dem Anschlag 15 ohne Kontakt zum Pendel.
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Figur 12b
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Bei einer Pendellage von -0,9°, wie in 12b dargestellt, treibt der Mitnehmer 6 weiterhin über das Stellmittel 61 den Gewichthebels 11 in Richtung Totpunkt. Zum im Arm 17 sitzenden Stellmittel 60 besteht eine offene Kontaktstelle 91, da der Gewichthebel 10 bereits über das Stellmittel 62 auf dem Anschlag 15 ruht.
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Figur 13c
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Die 13c zeigt das Pendel mit seinem Pendelgewicht 3 bei einer Skalenmarkierung am Totpunkt 72 bei -1°.
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Figur 13a
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In 13a ist die Schwenkbewegung 84 des Ruhebalkens 30 mit seinem Bügel 32, getrieben von dem in der Rollbewegung 83 befindlichen Zeitglied 24, bereits so fortgeschritten, dass die Öffnung des Gangrads eingesetzt hat und dieses nun im Uhrzeigersinn seine Drehbewegung 82 beginnt. Zwischen der linken Ruhepalette 31 und dem Ruherad 45 besteht die offene Kontaktstelle 91. Die rechte Ruhepalette 31 tritt gerade in Kontakt 90 mit einer Hebefläche 43 des Heberads 41, wodurch die Schwenkbewegung 84 des Ruhebalkens 30 nun zur Ruhe kommt und auch die Rollbewegung 83 des Zeitglieds 24 zu enden beginnt. Der linke Gewichthebel 10 ruht weiterhin über das Stellmittel 62 auf dem Anschlag 15, wohingegen der rechte Gewichthebel 11 in dieser Position des Pendels am Totpunkt seine höchste Lage erreicht.
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Figur 13b
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Zwischen dem Mitnehmer 6 des Pendels und dem Stellmittel 60 besteht weiterhin die offene Kontaktstelle 91. Über das Stellmittel 61 hält der Mitnehmer 6 den Gewichthebel 11 an der Position des Totpunkts. Beide Hebestifte 13 stehen in Kontakt 90 mit dem Heberad 42.
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Mit dem folgenden Abschwung des Pendels und dem Erreichen der Lotachse bei 0° schließt sich der Schwingungszyklus und beginnt, wie in 6a, b, c dargestellt, unaufhörlich von Neuem.
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Figur 14
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14 stellt ein Diagrammblatt 200 dar, das drei Diagramme zeigt, dessen Achsen denselben Maßstab haben. Die Abszissen zeigen die Zeit in Sekunden, die Ordinaten zeigen den Schwingungsweg in Winkelgrad.
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Im oberen Diagramm wird der sinusförmige Schwingungsverlauf einer Pendelschwingung über einen Zeitraum von rund 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°. Insoweit handelt es sich bei diesem Diagrammblatt 200 um Aufzeichnungen eines anders eingestellten Pendels als in den 6 bis 13 beschrieben, bei dem die Totpunkte des Pendels bei ± 1° liegen.
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Eine weiteres, unter dem oberen Diagramm liegendes Diagramm, zeigt den Kurvenverlauf des linken Gewichthebels. Wenn das Pendel um 0,1° 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 zu einem Winkel von -0,1° führt der linke Gewichthebel dem Pendel Energie zu. Die Zufuhr von Energie im Winkelbereich von 0,7° bis 0,1° kompensiert den Energiebedarf, der beim Heben des linken Gewichthebels von 0,1° bis zum Totpunkt verbraucht wurde. Erst die Energiezufuhr beim Abschwung von 0,1° bis -0,1° stellt einen Energieüberschuss dar und dient dem dauerhaften Antrieb des Pendels. Bei -0,1° trifft der linke Gewichthebel auf einen Anschlag wodurch der Kontakt zum weiterschwingenden Pendel endet. Die Hebung des linken Gewichthebels durch das linke Zeitglied auf einen Winkelwert von 0,1° erfolgt nachdem das Pendel seinen rechten Totpunkt nach 1,5 Sekunden erreicht hat. Bis zum erneuten Aufschwung des Pendels nach links bleibt der gehobene linke Gewichthebel in Ruhe.
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Ein unteres 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.
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Die in diesem Diagramm aufgezeigte erfindungsgemäße Ausführung fügt dem Pendel jede Sekunde in einem Winkelbereich von 0,2° (-0,1° bis 0,1° und 0,1° bis -0,1°) Energie zu, die der dauerhaften Aufrechterhaltung seines Betriebs dient.
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Eine gleichmäßig um die Lotachse liegende Energiezufuhr stellt ein Ideal dar, da eine beschleunigende Wirkung der Gewichtshebel von 0,1° bis 0° auf das abschwingende Pendel durch die verlangsamende Wirkung der Gewichthebel von 0° bis -0,1° auf das aufschwingende Pendel vollständig kompensiert wird und hierdurch eine Energiezufuhr ohne Veränderung der Amplitude und der Pendelbeschleunigung erreicht wird, die die Voraussetzung für Isochronismus ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Pendel
- 2 -
- Pendelstange
- 3 -
- Pendelgewicht
- 4 -
- Pendelbolzen
- 5 -
- Pendelkopf
- 6 -
- Mitnehmer
- 7 -
- Pendelfeder
- 8 -
- Skala
- 9 -
- Klotz
- 10, 11 -
- Gewichthebel
- 13 -
- Hebestift
- 14 -
- Gewichthebelfeder
- 15, 16 -
- Anschlag
- 17, 18 -
- Arm
- 18 -
- Arm
- 20 -
- Klemmkopf
- 21 -
- Sekundenzeiger
- 22 -
- Wippe
- 23, 24 -
- Zeitglied
- 25, 26 -
- Schwenkarm
- 27 -
- Stift
- 28 -
- Halter
- 30 -
- Ruhebalken
- 31 -
- Ruhepalette
- 32 -
- Bügel
- 34 -
- Fuß
- 35, 36, 37, 38 -
- Drehgelenk
- 40 -
- Gangrad
- 41, 42 -
- Heberad
- 43, 44 -
- Hebefläche
- 45 -
- Ruherad
- 46 -
- Ruhefläche
- 47 -
- Welle
- 48 -
- Ritzel
- 60, 61, 62, 63, 64, 65 -
- Stellmittel
- 66 -
- Auflagestift
- 70 -
- Schwingachse
- 71 -
- Lotachse
- 72 -
- Skalenmarkierung am Totpunkt
- 80 -
- Abschwung
- 81 -
- Aufschwung
- 82 -
- Drehbewegung
- 83 -
- Rollbewegung
- 84 -
- Schwenkbewegung
- 90 -
- Kontakt
- 91 -
- offene Kontaktstelle
- 100 -
- Hemmung
- 200 -
- Diagrammblatt
