DE102021002386B4

DE102021002386B4 - Device for compensating for the circular error in the oscillation of pendulum clocks, in particular precision pendulum clocks

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Publication number: DE102021002386B4
Application number: DE102021002386.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
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Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2023-04-27
Anticipated expiration: 2041-05-06
Also published as: DE102021002386A1

Abstract

Die Vorrichtung zum Ausgleich des Kreisfehlers bei Pendeln von Pendeluhren, insbesondere Präzisionspendeluhren, umfasst ein Federelement 30 mit zwei Gleichgewichtpunkten 70, 71 wobei seine Federkraft mit wachsendem Federweg vom ersten Gleichgewichtpunkt 70 aus sinkt und vom zweiten Gleichgewichtpunkt 71 aus mit der dritten Potenz zum Federweg anwächst. Das Federelement 30 wird permanent von der Schwingbewegung des Pendels 1 verformt, wodurch seine Federkraft auf das Pendel 1 einwirkt und ein um die Schwingachse 41 gerichtetes Rückstelldrehmoment ausübt. Auf einer Schwingseite wächst beim Aufschwung des Pendels die Federkraft mit der dritten Potenz zum Schwingwinkel auf ihren maximalen Wert an. Auf der anderen Schwingseite erreicht die Federkraft beim Aufschwung einen deutlich kleineren Wert. Das Gesamt-Rückstelldrehmoment des Pendels 1 nimmt dabei eine Größe an, durch die der Kreisfehler des Pendels 1 vollständig ausgeglichen wird. Das Gesamt-Rückstelldrehmoment verhält sich wie es von Pendeln bekannt ist, die auf einer zykloidischen Bahn schwingen. Durch die Wirkung der Vorrichtung wird die wichtigste Bedingung für den Isochronismus erfüllt, bei der die Periodendauer bei jeder Schwingweite des Pendels konstant ist.The device for compensating for the circular error in pendulums of pendulum clocks, in particular precision pendulum clocks, comprises a spring element 30 with two equilibrium points 70, 71, with its spring force decreasing with increasing spring deflection from the first equilibrium point 70 and increasing from the second equilibrium point 71 with the cube of the spring deflection. The spring element 30 is permanently deformed by the oscillating movement of the pendulum 1, as a result of which its spring force acts on the pendulum 1 and exerts a restoring torque directed about the oscillating axis 41. When the pendulum swings up, the spring force on one swinging side increases to its maximum value with the third power of the swinging angle. On the other side of the swing, the spring force reaches a significantly lower value during the upswing. The total restoring torque of the pendulum 1 assumes a size by which the circular error of the pendulum 1 is completely compensated. The total restoring torque behaves as it is known from pendulums oscillating on a cycloidal path. The effect of the device satisfies the most important condition for isochronism, in which the duration of the period is constant for each oscillation amplitude of the pendulum.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Zeit für eine Schwingung eines Pendels von einem zum anderen Pendeltotpunkt ist die Halbperiodendauer - die doppelte Zeit die Periodendauer. Der bei der Schwingung um die Schwingachse entstehende Drehwinkel des Pendels zur Lotachse wird Schwingwinkel genannt. Die Schwingungsamplitude wird auch Schwingweite genannt. Eine Schwingseite ist der Ortsbereich von der Lotachse zu einem Pendeltotpunkt.The time for a swing of a pendulum from one pendulum dead center to the other is the half-period - double the time the period. The angle of rotation of the pendulum to the vertical axis that occurs during oscillation around the oscillation axis is called the oscillation angle. The vibration amplitude is also called the vibration amplitude. An oscillating side is the local area from the vertical axis to a dead point of the pendulum.

Bekannte Pendel in Pendeluhren bestehen aus einem Pendelgewicht, einem Pendelstab und einem Pendelkopf, die starr zueinander sind.
Der Pendelkopf ist schwingbar um eine Schwingachse gelagert, wodurch das Pendelgewicht eine Kreisbahn beschreibt. Solche Pendel weisen einen Kreisfehler mit unterschiedlicher Periodendauer auf, die mit zunehmender Schwingweite wächst.Known pendulums in pendulum clocks consist of a pendulum weight, a pendulum rod and a pendulum head, which are rigid to one another.
The pendulum head is mounted so that it can swing around an oscillating axis, causing the pendulum weight to describe a circular path. Such pendulums have a circular error with different periods, which increases with increasing amplitude.

Aus dem Stand der Technik wie, z. B. „Das Pendel“ von Dr. K. Giebel in der zweiten Auflage von 1951, wird auf Seite 58 ff. die Formel zur Berechnung des Halbperioden-Kreisfehlers hergeleitet. In der 1 dieser Schrift ist diese Formel und ferner ein Kreisfehler-Diagramm wiedergegeben. So ist der Kreisfehler bei einem Schwingwinkel von 60 Bogenminuten (1°) 1,645 Sekunden pro Tag groß. Schwingt das Pendel bei 120 Bogenminuten, so liegt der Kreisfehler schon bei 6,584 Sekunden pro Tag, also 4,939 Sekunden pro Tag mehr. Hochgenaue Präzisionspendeluhren zeichnen sich durch eine hohe Konstanz des Schwingwinkels im Arbeitsbereich von rund 60 Bogenminuten aus. Doch auch hier wirken sich kleinste Schwankungen der Schwingungsamplitude auf die Ganggenauigkeit aus. Bei Schwankungen des Schwingwinkels von 1,00° auf 1,01° liegt der tägliche Kreisfehler bei 0,020 Sekunden. Dies entspricht z. B. bei üblichen Sekundenpendeln einer Änderung der Schwingweite von nur 0,2 mm.From the prior art such. B. "The Pendulum" by Dr. K. Giebel in the second edition from 1951, the formula for calculating the half-period circle error is derived on page 58 ff. In the 1 In this document, this formula and also a circular error diagram are reproduced. For example, with an oscillation angle of 60 arc minutes (1°), the circular error is 1.645 seconds per day. If the pendulum swings at 120 minutes of arc, the circular error is already 6.584 seconds per day, i.e. 4.939 seconds more per day. Highly accurate precision pendulum clocks are characterized by a high degree of constancy of the oscillation angle in the working range of around 60 minutes of arc. But here, too, the smallest fluctuations in the vibration amplitude affect the rate accuracy. If the oscillation angle fluctuates from 1.00° to 1.01°, the daily circular error is 0.020 seconds. This corresponds e.g. B. with normal second pendulums a change in the oscillating amplitude of only 0.2 mm.

Seit Jahrhunderten ist man bestrebt, die Periodendauer von Pendeln isochron (gleich lang) zu halten, denn einzig hiervon wird die Ganggenauigkeit von Uhren bestimmt.For centuries, efforts have been made to keep the period of pendulums isochronous (of the same length), because this alone determines the accuracy of clocks.

Bereits 1673 hat Christian Huygens in seinem berühmten Werk „Horologium oscillatorium“ gezeigt, dass ein auf einer Kreisbahn schwingendes Pendel mit wachsender Schwingweite eine wachsende Periodendauer hat. Huygens erbrachte den Nachweis, dass ein Pendel, das auf einer Zykloidenbahn schwingt, bei jedem Schwingwinkel dieselbe Periodendauer hat. Das Rückstelldrehmoment des Pendels ist in diesem Fall proportional zum Schwingwinkel. Schwingt das Pendel auf einer Kreisbahn, ist diese Proportionalität nicht mehr gegeben und seine Periodendauer verschieden, weshalb der Name Kreisfehler verwendet wird (in der englischen Fachliteratur als „Circular Error“ bezeichnet).As early as 1673, Christian Huygens showed in his famous work "Horologium oscillatorium" that a pendulum oscillating on a circular path has an increasing period with increasing amplitude. Huygens proved that a pendulum swinging on a cycloid path has the same period at every swing angle. In this case, the restoring torque of the pendulum is proportional to the oscillation angle. If the pendulum swings on a circular path, this proportionality is no longer given and its period is different, which is why the name circular error is used (referred to as "circular error" in English specialist literature).

Huygens versuchte, dem Pendel durch zykloidisch geformte Seitenführungen an den Pendelfedern, eine zykloidische Schwingungsbahn aufzuzwingen. Diese in der Theorie richtige Lösung konnte sich jedoch nicht durchsetzen, denn durch die Seitenführungen entstanden an den Kontaktstellen zur Pendelfeder neue Fehlergrößen, die sich nachteilig auf die Ganggenauigkeit des Pendels auswirkten. Vermutlich sind unkontrollierbare Reibungs- und Haftungsprobleme aufgetreten.Huygens tried to impose a cycloidal oscillation path on the pendulum by means of cycloidal lateral guides on the pendulum springs. However, this solution, which was correct in theory, was not able to gain acceptance because the lateral guides caused new errors at the contact points with the pendulum spring, which had a negative effect on the accuracy of the pendulum. Presumably uncontrollable friction and adhesion problems have arisen.

Um die Konstanz der Schwingweite eines Pendels zu verbessern, sind im Stand der Technik unzählige Lösungen bekannt, wie z. B. Schwerkrafthemmungen mit konstantem Antriebsimpuls auf das Pendel, luftdichte Uhrengehäuse zur Eliminierung von Luftdruckschwankungen und zur Reduzierung des Luftwiderstands, temperaturkompensierte Pendel zum Ausgleich von Längenänderungen des Pendels infolge von Temperaturschwankungen u. a., wodurch bei den genauesten Pendeluhren Gangfehler von weniger als 5 Sekunden pro Jahr erreicht werden konnten. Gleichwohl bewirken auch bei diesen Präzisionspendeluhren kleinste Schwankungen der Schwingweite einen Kreisfehler.In order to improve the constancy of the oscillation amplitude of a pendulum, countless solutions are known in the prior art, such as Gravity escapements with a constant driving impulse on the pendulum, airtight watch cases to eliminate air pressure fluctuations and to reduce air resistance, temperature-compensated pendulums to compensate for changes in the length of the pendulum due to temperature fluctuations, etc., which means that the most precise pendulum clocks have rate errors of less than 5 seconds per year could. Nevertheless, even with these precision pendulum clocks, the smallest fluctuations in the oscillating amplitude cause a circular error.

Einzig ist F. M. Fedchenko bei wenigen Laboruhren gelungen, eine isochrone Pendellagerung zu schaffen, die bei unterschiedlichen Schwingweiten eine konstante Periodendauer hat. Der erreichte Gangfehler lag seinen Messungen nach bei weniger als 0,001 Sekunden pro Tag. Somit kann seine als die genaueste jemals realisierte Präzisionspendeluhr gelten.Only F. M. Fedchenko has succeeded in creating an isochronous pendulum bearing with a few laboratory clocks, which has a constant period with different amplitudes. According to his measurements, the rate error achieved was less than 0.001 seconds per day. His pendulum clock can therefore be regarded as the most accurate ever realized.

Seine Arbeiten hierzu werden in seinem Fachartikel „ASTRONOMICAL CLOCK AChF-1 WITH ISOCHRONOUS PENDULUM“ (Quelle: http://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1957SvA.....1..637F) detailliert beschrieben.
Ausgehend von der theoretischen Betrachtung Huygens, dass ein Pendel bei unterschiedlichen Schwingweiten isochron schwingt, wenn das auf das Pendel um die Schwingachse wirkende Gesamt-Rückstelldrehmoment proportional mit dem Schwingwinkel (hier α) anwächst (M1 = F · α), leitet Fedchenko her, dass das Rückstelldrehmoment durch den Kreisfehler beim realen Pendel kleiner ist (M2 = F · sin(α)) und sich die Differenz zwischen diesen beiden Rückstelldrehmomenten berechnen lässt (M3 = F · α^3 / 6). Um ein reales Pendel isochron schwingen zu lassen, bedarf es eines zusätzlichen Rückstelldrehmoments (M3 = F · α^3 / 6), das zum realen Rückstelldrehmoment (M2 = F · sin(α)) hinzukommt, um das zum Schwingwinkel proportionale Gesamt-Rückstelldrehmoment zu erhalten (M1 = F · α = F · sin(α)) + F · α^3 / 6). In 2 wird dieser Zusammenhang qualitativ und schematisch dargestellt. Ferner zeigt 2 aus dem Stand der Technik eine Tabelle mit berechneten Werten für die Rückstelldrehmomente (M1, M2, M3) für ein beispielhaftes Sekundenpendel mit einem Pendelgewicht von m = 10 kg und einer Pendellänge von 1 = 993,961 mm. Das dem realen Pendel fehlende Rückstelldrehmoment (M3 = F · α^3 / 6) nimmt bei einem Schwingwinkel von 2° einen Wert von 0,000695408 Nm ein. Bei Pendeluhren mit gewöhnlichen Pendelfedern zur Lagerung wächst die Federspannung proportional mit dem Schwingwinkel. Das hierdurch auf das Pendel wirkende Feder-Rückstelldrehmoment ist auch proportional zum Schwingwinkel und damit nicht geeignet, den Kreisfehler zu reduzieren. Umfangreiche Untersuchungen hierzu sind im Fachartikel von Pierre H. Boucheron „PENDULUM SUSPENSIONS“ aus dem NNAWCC Bulletin vom April 1987 wiedergegeben.

Die isochrone Pendellagerung von Fedchenko besteht aus zwei kurzen dünnen Pendelfedern und einer längeren, doppelt so dicken Pendelfeder. Die Schwingachse der kürzeren Pendelfedern liegt ein wenig tiefer als die Schwingachse der längeren Pendelfeder. Durch seine Versuche wurde auch bestätigt, dass sich der Kreisfehler wie üblich auswirkt, wenn die Schwingachsen der Pendelfedern deckungsgleich sind.His work on this is described in detail in his specialist article "ASTRONOMICAL CLOCK AChF-1 WITH ISOCHRONOUS PENDULUM" (source: http://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1957SvA.....1..637F).
Based on Huygen’s theoretical consideration that a pendulum oscillates isochronously with different amplitudes if the total restoring torque acting on the pendulum about the oscillating axis increases proportionally with the oscillating angle (here α) (M1 = F α), Fedchenko deduces that the restoring torque due to the circular error in the real pendulum is smaller (M2 = F sin(α)) and the difference between these two restoring torques can be calculated (M3 = F α^3 / 6). In order to let a real pendulum oscillate isochronously, an additional restoring torque (M3 = F α^3 / 6) is required, which is added to the real restoring torque (M2 = F sin(α)) to produce the total restoring torque proportional to the swing angle to get (M1 = F α = F sin(α)) + F α^3 / 6). In 2 this relationship is presented qualitatively and schematically. Furthermore shows 2 from the prior art a table with calculated values for the restoring torques (M1, M2, M3) for an exemplary seconds pendulum with a pendulum weight of m=10 kg and a pendulum length of l=993.961 mm. The restoring torque missing from the real pendulum (M3 = F · α^3 / 6) has a value of 0.000695408 Nm at an oscillation angle of 2°. In pendulum clocks with ordinary pendulum springs for storage, the spring tension increases proportionally with the oscillation angle. The spring restoring torque that acts on the pendulum as a result is also proportional to the oscillation angle and is therefore not suitable for reducing the circular error. Extensive research on this is reproduced in the April 1987 NNAWCC Bulletin article “PENDULUM SUSPENSIONS” by Pierre H. Boucheron.

Fedchenko's isochronous pendulum bearing consists of two short, thin pendulum springs and a longer pendulum spring that is twice as thick. The oscillating axis of the shorter pendulum springs is a little lower than the oscillating axis of the longer pendulum springs. His experiments also confirmed that the circular error has the usual effect when the oscillating axes of the pendulum springs are congruent.

Je größer der Abstand der beiden Schwingachsen der Pendelfedern voneinander eingestellt ist, desto stärker wird die gewünschte isochrone Wirkung. Im Fachartikel von Fedchenko werden die qualitativen Biegekurven der Pendelfedern dargestellt.The greater the distance between the two oscillating axes of the pendulum springs, the greater the desired isochronous effect. In Fedchenko's technical article, the qualitative bending curves of the pendulum springs are presented.

Vermutlich wandert die sich aus den beiden Schwingachsen der Pendelfedern praktisch ergebende Pendelschwingachse derart, dass sich die wirksame Pendellänge mit wachsendem Schwingwinkel so verkürzt, dass das Pendel eine zykloidische Bahn beschreibt. Ein mathematisches Modell zu dieser Pendellagerung gibt es bislang nicht, so dass die empirischen Ergebnisse nur eine qualitative Interpretation zulassen. Wie sich die Lastverteilung auf die drei Pendelfedern durch das Pendelgewicht während der Schwingung verhält, ist von ihrem Werkstoff und ihrer Geometrie abhängig und vermutlich auch für das Wandern der Pendelschwingachse mitbestimmend. Dies ist bislang ebenso unerforscht. Trotz der herausragenden Qualität dieser Pendellagerung fand sie lediglich im Labormaßstab Anwendung. Es wurde berichtet, dass schon kleinste Toleranzen der Pendelfedern zu einem veränderten Betriebsverhalten führten und individuelle Justagen erfordern. Ferner erweist es sich als Nachteil, dass die Pendeluhr außer Betrieb gesetzt werden muss, um die Lage der längeren, schwer zugänglichen, mittleren Pendelfeder zur Justage verändern zu können. Des Weiteren wurde festgestellt, dass es immer wieder schädliche Mikrobewegungen zwischen den Bauteilen von Pendellagerungen gibt, die aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen, die lösbar sein müssen, um eine Verstellbarkeit zu ermöglichen. Die Dimensionierung der Pendellagerung bei anderen Pendelabmessungen gestaltet sich bei dieser Pendellagerung als problematisch, da es kein mathematisches Modell zu seiner Auslegung gibt. All diese Nachteile stehen einer industriellen Nutzung entgegen und begründen, warum diese Pendellagerung keine Verbreitung gefunden hat.Presumably, the pendulum's swinging axis, which practically results from the two swinging axes of the pendulum springs, moves in such a way that the effective pendulum length shortens with increasing swinging angle so that the pendulum describes a cycloid path. A mathematical model for this pendulum bearing does not exist so far, so that the empirical results only allow a qualitative interpretation. How the load distribution on the three pendulum springs behaves during the oscillation due to the pendulum weight depends on their material and their geometry and presumably also has a part in determining the wandering of the pendulum axis. This is also unexplored so far. Despite the outstanding quality of this pendulum bearing, it was only used on a laboratory scale. It was reported that even the smallest tolerances of the pendulum springs led to changed operating behavior and required individual adjustments. Another disadvantage is that the pendulum clock has to be shut down in order to be able to change the position of the longer, central pendulum spring that is difficult to access for adjustment purposes. Furthermore, it was found that there are always harmful micro-movements between the components of self-aligning bearings, which consist of a large number of individual parts that must be detachable in order to enable adjustability. The dimensioning of the pendulum bearing with other pendulum dimensions turns out to be problematic with this pendulum bearing, since there is no mathematical model for its design. All of these disadvantages stand in the way of industrial use and explain why this pendulum bearing has not become widespread.

In der FR 675 150 A wird eine Vorrichtung beschrieben, die zum Ausgleich des Kreisfehlers an einem starren Pendel dienen soll. Hierzu ist im Kopfbereich eines Pendel 1, das um eine Schwingachse 2 schwingt, ein Pendelhebel 3 starr verbunden, der mit einem weiteren Hebel 5 zeitweise in Kontakt tritt. Der Hebel 5 schwingt seinerseits um eine Drehachse 6. Eine Feder 8 übt permanent eine Zugkraft auf den Hebel 5 aus, wobei die hierdurch ausgeübte Zugbewegung durch einen ortsfesten Stift 10 begrenzt ist. Schwingt das Pendel gemäß 1 zum rechten Pendeltotpunkt, so tritt abschnittsweise der Pendelhebel 3 mit seiner Kontaktfläche 4 mit einer Kontaktfläche 7 des Hebels 5 in Kontakt. Mit zunehmenden Schwingwinkel des Pendels schwenkt hierdurch der Hebel 5, wodurch die Zugfeder 8 zunehmend gespannt wird und die Federkraft anwächst. Auf das Pendel wird hierdurch ein mit dem Schwingwinkel wachsendes Rückstelldrehmoment ausgeübt. Das Rückstelldrehmoment wächst mit zunehmenden Schwingwinkel darüber hinaus auch noch dadurch, dass sich der Kontaktpunkt zwischen dem Pendelhebel 3 und dem Hebel 5 zunehmend von der Schwingachse 2 entfernt und sich hierdurch der Hebelarm, der vom Hebel 5 erzeugten Kraft vergrößert.In the FR 675 150A a device is described which is intended to compensate for the circular error on a rigid pendulum. For this purpose, a pendulum 1, which oscillates about an oscillating axis 2, is rigidly connected to the head area of a pendulum 1, which at times comes into contact with another lever 5. The lever 5 in turn oscillates about an axis of rotation 6. A spring 8 permanently exerts a tensile force on the lever 5, the tensile movement thereby exerted being limited by a stationary pin 10. Swing the pendulum accordingly 1 to the right pendulum dead center, the pendulum lever 3 occurs in sections with its contact surface 4 with a contact surface 7 of the lever 5 in contact. As the swing angle of the pendulum increases, the lever 5 pivots, as a result of which the tension spring 8 is increasingly tensioned and the spring force increases. As a result, a restoring torque that increases with the oscillation angle is exerted on the pendulum. The restoring torque also increases with increasing swing angle because the contact point between the pendulum lever 3 and the lever 5 is increasingly removed from the swing axis 2 and the lever arm of the force generated by the lever 5 increases as a result.

An den wandernden Kontaktflächen 4 und 7 entstehen Reibeffekte und damit Reibkräfte, die sich negativ auf die Genauigkeit der Pendeluhren auswirken. Es ist über einen längeren Zeitraum praktisch unmöglich die Reibkräfte konstant zu halten, da die notwenige Schmierung einer unvermeidbaren Alterung unterliegt. Versuchte man ohne ein Schmiermittel auszukommen, so würden die Kontaktflächen 4 und 7 verschleißen, wodurch sich auch die Reibkräfte veränderten. Aus diesen Gründen kann man bei praktisch allen Pendeluhren mit hoher Genauigkeit keine Vorrichtungen mit Reibstellen am Pendel finden.Frictional effects and thus frictional forces occur on the moving contact surfaces 4 and 7, which have a negative effect on the accuracy of the pendulum clocks. It is practically impossible to keep the frictional forces constant over a longer period of time, since the necessary lubrication is subject to unavoidable aging. If you tried to do without a lubricant, the contact surfaces 4 and 7 would wear out, which would also change the frictional forces. For these reasons, one cannot find any devices with friction points on the pendulum in practically all pendulum clocks with high accuracy.

Aus der DE 373 428 A ist eine Vorrichtung zum Ausgleich des Kreisfehlers an starren, kreisförmig schwingenden Pendeln bekannt, bei dem das Pendel OA um den Drehpunkt O schwingt. Die Ausgleichvorrichtung besteht aus einer gewöhnlichen Zugfeder CB, deren eines Ende senkreckt unterhalb des Drehpunkts O ortsfest, drehbar am Punkt C befestigt ist und deren anderes Ende am Pendelstab am Punkt B drehbar befestigt ist, wobei der Punkt B so gewählt ist, dass die Federkraft Null oder nahe Null ist, wenn das Pendel auf seiner Lotachse steht. Beim jedem Aufschwung des Pendels OA wird die Zugfeder CB mit wachsendem Schwingwinkel α gedehnt. Die Zugkraft der Zugfeder CB wird -wie dargestellt- in zwei senkrecht aufeinander stehende Kraftvektoren aufgeteilt, wobei der erste Kraftvektor auf der Pendelstabachse liegt und zum Drehpunkt 0 zeigt und der zweite Kraftvektor senkrecht auf der Pendelstabachse auf dem Punkt B steht.From the DE 373 428 A a device for compensating for the circular error in rigid, circularly oscillating pendulums is known, in which the pendulum OA oscillates about the fulcrum O. The compensating device consists of an ordinary tension spring CB, one end of which extends vertically below the fulcrum O and is stationary, pivoting at point C and the other end of which is pivotally attached to the pendulum rod at point B, point B being chosen so that the spring force is zero or near zero when the pendulum is on its plumb line. With each upswing of the pendulum OA, the tension spring CB is stretched with increasing swing angle α. As shown, the tensile force of the tension spring CB is divided into two mutually perpendicular force vectors, with the first force vector lying on the pendulum rod axis and pointing to the pivot point 0 and the second force vector being perpendicular to the pendulum rod axis at point B.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für Pendeluhren zu schaffen, durch die der Kreisfehler von einem um eine Schwingachse schwingenden Pendel ausgeglichen wird. Ferner sollen die Auslegbarkeit und die Justierbarkeit der Mittel zum Ausgleich des Kreisfehlers verbessert werden. Des Weiteren soll die Vorrichtung einem hohen ästhetischen Anspruch genügen.The object of the invention is to create a device for pendulum clocks, by means of which the circular error of a pendulum oscillating about an oscillating axis is compensated. Furthermore, the ability to interpret and adjust the means for compensating for the circular error should be improved. Furthermore, the device should meet high aesthetic standards.

Lösung der Aufgabesolution of the task

Gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Ausgleich des Kreisfehlers bei Pendeln mindestens ein Federelement, das von der Bewegung des Pendels permanent während der gesamten Pendelbewegung verformt wird, wodurch seine Federkraft auf das Pendel einwirkt und ein um die Schwingachse gerichtetes Rückstelldrehmoment ausübt. Beim Aufschwung zu einem Pendeltotpunkt wächst die Federkraft (und damit das Rückstelldrehmoment) mit der dritten Potenz des Schwingwinkels auf seinen maximalen Wert an. Beim Aufschwung zum anderen Pendeltotpunkt erreicht die Federkraft einen kleineren Wert, der nahe dem Wert der Federkraft am zweiten Gleichgewichtspunkt im Federweg-Federkraft-Diagramm liegt. Die Wirkung des Rückstelldrehmoments führt zum Ausgleich des Kreisfehlers des Pendels, denn es ergänzt das Gesamt-Rückstelldrehmoment des Pendels, das primär durch die Gewichtskraft des Pendels bestimmt wird, um genau das Maß, das die Differenz zwischen einem auf einer Zykloidenbahn und einer Kreisbahn schwingenden Pendel entspricht. Auf der Schwinggseite (A), auf der die Federkraft ihren maximalen Wert erreicht, ergänzt das Federelement das Gesamt-Rückstelldrehmoment in gewünschter Weise. Auf der anderen Schwingseite (B) wirkt die kleinere Federkraft des Federelements unverändert in selber Richtung und stemmt sich beim Abschwung vom Pendeltotpunkt gegen die Rückstellkraft des Pendelgewichts, da das Federelement permanent auf das Pendel einwirkt. Dieser in Kauf genommene und quantifizierbare Effekt kann problemlos durch eine leichte Erhöhung der maximalen Federkraft auf der anderen Schwingseite (A) kompensiert werden. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße, permanente Verformung des Federelements, da so besonders einfache, kostengünstige, robuste und dauerhafte Bauteilgestaltungen möglich sind. So sind beispielsweise bei ortsfesten Federelementen einfache Nietverbindungen an der Druckspitze am Pendel möglich.According to the invention, the device for compensating for the circular error in pendulums comprises at least one spring element which is permanently deformed by the movement of the pendulum throughout the entire pendulum movement, as a result of which its spring force acts on the pendulum and exerts a restoring torque directed around the swing axis. When swinging up to a pendulum dead point, the spring force (and thus the restoring torque) increases to its maximum value with the third power of the oscillation angle. When swinging up to the other dead point of the pendulum, the spring force reaches a smaller value, which is close to the value of the spring force at the second balance point in the spring deflection-spring force diagram. The effect of the restoring torque leads to the compensation of the circular error of the pendulum, because it supplements the total restoring torque of the pendulum, which is primarily determined by the weight of the pendulum, by exactly the amount that compensates for the difference between a pendulum oscillating on a cycloid path and a circular path is equivalent to. On the oscillating side (A), on which the spring force reaches its maximum value, the spring element supplements the total restoring torque in the desired way. On the other swinging side (B), the smaller spring force of the spring element acts in the same direction and braces itself against the restoring force of the pendulum weight when swinging from the dead center of the pendulum, since the spring element acts permanently on the pendulum. This accepted and quantifiable effect can easily be compensated by slightly increasing the maximum spring force on the other side of the swing (A). The permanent deformation of the spring element according to the invention is advantageous, since particularly simple, inexpensive, robust and durable component designs are possible in this way. For example, in the case of stationary spring elements, simple riveted connections are possible at the pressure peak on the pendulum.

Bevorzugt besteht das Federelement aus mindestens einer Feder die zwei Gleichgewichtpunkte aufweist, wobei seine Federkraft mit wachsendem Federweg vom ersten Gleichgewichtpunkt aus sinkt und vom zweiten Gleichgewichtpunkt aus mit der dritten Potenz zum Federweg anwächst.The spring element preferably consists of at least one spring which has two balance points, with its spring force decreasing with increasing spring travel from the first balance point and increasing from the second balance point with the cube of the spring travel.

Diese Feder besteht bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung aus einem längsgestreckten Körper, der an seinen beiden Enden derart ortsfest eingespannt ist, dass sich ein Bogen ausbildet. Bei einer mittig auf den Bogen einwirkenden Verformung steigt die Federkraft solange an, bis ein erster Gleichgewichtspunkt erreicht wird. Mit zunehmender Verformung sinkt die Federkraft wieder ab, bis ein zweiter Gleichgewichtspunkt erreicht wird. Wenn die Feder über diesen Punkt hinaus weiter verformt wird, steigt die Federkraft mit der dritten Potenz des Federwegs an. Um das für den Ausgleich des Kreisfehlers zusätzlich erforderliche Rückstelldrehmoment des Federelements aufzubringen, wird beim Aufschwung des Pendels ein Abschnitt im Arbeitsbereich des Federelements genutzt, der hinter dem zweiten Gleichgewichtspunkt liegt.In a preferred embodiment of the invention, this spring consists of an elongate body which is fixedly clamped at its two ends in such a way that an arc is formed. In the case of a deformation acting centrally on the arch, the spring force increases until a first equilibrium point is reached. With increasing deformation, the spring force decreases again until a second equilibrium point is reached. If the spring is further deflected beyond this point, the spring force increases as the cube of the spring deflection. In order to apply the restoring torque of the spring element that is additionally required to compensate for the circular error, a section in the operating range of the spring element that lies behind the second equilibrium point is used when the pendulum swings up.

Bevorzugt liegt bei bogenförmigen Federelementen der Vektor der Federkraft auf der Ebene, die durch die bogenförmige Mittenlinie der Feder ausgebildet wird, sodass ungewollte Querkräfte auf die Feder vermieden werden, die eine Veränderung der Federkennlinie zu Folge haben könnten. Bogenförmige Federn sind im Stand der Technik bekannt, jedoch im Uhrenbau unüblich. Speziell im Bereich der Elektronikelemente werden Federn mit Gleichgewichtspunkten eingesetzt, beispielsweise für Tastaturen.In the case of arcuate spring elements, the vector of the spring force preferably lies on the plane formed by the arcuate center line of the spring, so that unwanted transverse forces on the spring, which could result in a change in the spring characteristic, are avoided. Arc-shaped springs are known in the prior art, but are uncommon in watchmaking. Springs with balance points are used especially in the area of electronic elements, for example for keyboards.

In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung werden tellerartig gewölbte Federelemente eingesetzt, die für dasselbe Verhalten und denselben Kurvenverlauf wie die oben beschriebenen, bogenförmigen Federelemente bekannt sind. Hiermit werden besonders kompakte Vorrichtungen mit wenigen Bauteilen realisiert, wodurch besonders kostengünstige Lösungen entstehen. Bei tellerartig gewölbten Federelementen wirkt der Vektor der Federkraft im Wesentlichen senkrecht auf der Auflageebene des Federelements in seiner Mitte. In a further embodiment of the invention, plate-like curved spring elements are used, which are known for the same behavior and the same curve shape as the arc-shaped spring elements described above. In this way, particularly compact devices with few components are realized, resulting in particularly cost-effective solutions. In the case of spring elements that are curved like a plate, the vector of the spring force acts essentially perpendicularly on the support plane of the spring element in its center.

Bevorzugt liegt der Arbeitsbereich des Federelements derart, dass der Federweg vom Beginn des Arbeitsbereichs bis zu einer Pendelposition auf der Lotachse im Wesentlichen dem Doppelten des Federwegs entspricht, der zwischen dem Beginn des Arbeitsbereichs zum zweiten Gleichgewichtspunkt im Kurvenverlauf liegt. Hierdurch wird erreicht, dass der in Kauf genommene Effekt, dass sich die Federkraft auf einer Schwingseite (B) beim Abschwung des Pendels gegen die Rückstellkraft des Pendelgewichts stemmt, minimiert wird. Der Arbeitsbereich auf der anderen Schwingseite (A) liegt hierdurch in einem Bereich des Kurvenlaufs im Federweg-Federkraft-Diagramm, in dem die Federkraft mit der dritten Potenz zum Schwingwinkel anwächst und am Pendeltotpunkt ihren maximalen Wert erreicht. Die vom Federelement geleistete Arbeit (Federkraft x Federweg) hat hierdurch auf der einen Schwingseite (A) stets einen deutlich höheren Wert als auf der anderen Schwingseite (B), der problemlos die Kompensation des in Kauf genommenen Effekts auf der einen Schwingseite (B) ermöglicht.The working range of the spring element is preferably such that the spring deflection from the start of the working range to a pendulum posi tion on the vertical axis essentially corresponds to twice the spring deflection that lies between the beginning of the working range and the second balance point in the course of the curve. This minimizes the accepted effect that the spring force on one oscillating side (B) braces itself against the restoring force of the pendulum weight when the pendulum swings down. The working range on the other swinging side (A) is thus in an area of the curve in the spring deflection-spring force diagram in which the spring force increases with the third power of the swing angle and reaches its maximum value at the pendulum dead center. The work performed by the spring element (spring force x spring deflection) thus always has a significantly higher value on one side (A) than on the other side (B), which makes it possible to compensate for the effect accepted on one side (B) without any problems .

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Einstellung der Federvorspannung des Federelements durch Stellmittel (bevorzugt Stellschrauben) zu bewerkstelligen, um so die Größe der Federkraft und folglich die des Rückstelldrehmoments auf das Pendel zu justieren.It has proven to be particularly advantageous to adjust the spring preload of the spring element by adjusting means (preferably adjusting screws) in order to adjust the size of the spring force and consequently that of the restoring torque on the pendulum.

Durch die vorteilhafte Verwendung eines weiteren Stellmittels wird der Federkraftkontaktpunkt am Pendel verschiebbar, wodurch der Hebelarm der Federkraft des Federelements am Pendel variiert wird. Damit wird das vom Federelement erzeugte Rückstelldrehmoment einstellbar.Due to the advantageous use of a further adjusting means, the spring force contact point on the pendulum can be displaced, as a result of which the lever arm of the spring force of the spring element on the pendulum is varied. The restoring torque generated by the spring element can thus be adjusted.

Durch die Kombination der Stellmittel a) für die Federvorspannung und b) für den Hebelarm der Federkraft ist die zum Ausgleich des Kreisfehlers notwendige Größe des Rückstelldrehmoments reproduzierbar und einfach einstellbar. Eine solche Kombination ist besonders nützlich, wenn die Justagen erfolgen können, während das Pendel schwingt. Beide Stellmittel sind in diesem Fall auf der ortsfesten Platine angeordnet (und nicht am Pendel).Through the combination of the adjusting means a) for the spring preload and b) for the lever arm of the spring force, the magnitude of the restoring torque required to compensate for the circular error is reproducible and easily adjustable. Such a combination is particularly useful when the adjustments can be made while the pendulum is swinging. In this case, both adjusting means are arranged on the stationary plate (and not on the pendulum).

Die Befestigung des Federelements am Pendel ermöglicht in einfacher Weise eine Lösung, die an bestehenden Pendeluhren besonders einfach nachrüstbar ist. Ortsfest ist in einem solchen Fall nur ein Stellmittel in einem Stellmittelhalter.The attachment of the spring element to the pendulum allows a simple solution that can be easily retrofitted to existing pendulum clocks. In such a case, only one positioning means is stationary in a positioning means holder.

Eine weitere Ausgestaltungsform sieht zwei Federelemente vor, deren Federkraftkontaktpunkte am Pendel zu einer von der Lotachse und der Schwingachse aufgespannten Ebene links- und rechtsseitig denselben Abstand haben. Hierdurch wird ein Aufbau geschaffen, der durch die hohe Symmetrie der Bauteile, ästhetisch besonders attraktiv ist.A further embodiment provides two spring elements whose spring force contact points on the pendulum have the same distance on the left and right side to a plane spanned by the perpendicular axis and the oscillation axis. This creates a structure that is aesthetically particularly attractive due to the high symmetry of the components.

Figurenlistecharacter list

Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Figuren zeigen:

1 Kreisfehler-Formel und -Diagramm (St. d. T.)
2 Drehmoment-Schwingwinkel-Diagramm und Tabelle (St. d. T.)
3 Federkraft-Federweg-Diagramm und schematische Darstellung einer Biegefeder sowie Kurvenverlauf von y = x^3 - x (St. d. T.)
4 Schematische Darstellung eines Pendels bei unterschiedlichen Schwingwinkeln mit Einwirkung von Federkräften aus Federelement
5 Pendellagerung mit Schneidenlagerung mit Federelement in räumlicher Ansicht
6 Pendellagerung mit Schneidenlagerung mit Federelement in seitlicher Ansicht und separates Federelement
7 Pendellagerung mit Schneidenlagerung mit einstellbarem Federelement in räumlicher Ansicht
8 Pendellagerung mit Schneidenlagerung mit zweierlei einstellbarem Federelement in räumlicher Ansicht
9 Pendellagerung mit Schneidenlagerung mit zwei Federelementen in räumlicher Ansicht
10 Pendellagerung mit Pendelfeder mit Federelement in räumlicher Ansicht und Detailansicht
11 Pendellagerung mit Pendelfeder mit Federelement in Ansicht von unten und separates Federelement
12 Pendellagerung mit Pendelfeder mit tellerartig gewölbtem Federelement in räumlicher Ansicht, Schnittdarstellung mit Details und separates Federelement
13 Pendellagerung mit Pendelfeder mit tellerartig gewölbtem Federelement in Schnittdarstellung
14 Diagrammblatt mit Messungen eines Federelements mit unterschiedlichen Arbeitsbereichen
15 Diagrammblatt mit Messungen zweier Federelemente

The figures used to explain the exemplary embodiments show:

1 Circular error formula and diagram (St. d. T.)
2 Torque-oscillation angle diagram and table (St. d. T.)
3 Spring force-spring deflection diagram and schematic representation of a bending spring as well as curve progression from y = x^3 - x (St. d. T.)
4 Schematic representation of a pendulum at different swing angles with the effect of spring forces from spring elements
5 Self-aligning bearing with cutting edge bearing with spring element in three-dimensional view
6 Self-aligning bearing with cutting edge bearing with spring element in side view and separate spring element
7 Self-aligning bearing with cutting edge bearing with adjustable spring element in a three-dimensional view
8th Self-aligning bearing with cutting edge bearing with two types of adjustable spring element in a three-dimensional view
9 Self-aligning bearing with cutting edge bearing with two spring elements in a three-dimensional view
10 Self-aligning bearing with pendulum spring with spring element in spatial view and detailed view
11 Self-aligning bearing with pendulum spring with spring element viewed from below and separate spring element
12 Pendulum bearing with pendulum spring with plate-like curved spring element in three-dimensional view, sectional view with details and separate spring element
13 Pendulum bearing with pendulum spring with plate-like curved spring element in sectional view
14 Diagram sheet with measurements of a spring element with different working ranges
15 Diagram sheet with measurements of two spring elements

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Zunächst jedoch der Stand der Technik in den 1, 2, 3.First, however, the prior art in the 1 , 2 , 3 .

Figur 1figure 1

1 zeigt aus dem Stand der Technik das Diagrammblatt 100 mit einem Kreisfehler-Diagramm mit einem Kurvenverlauf des Kreisfehlers ΔT in Sekunden pro Tag über den Schwingwinkel 45 (α(alpha)) in Winkelminuten. Der Kreisfehler ΔT berechnet sich nach der im Diagramm dargestellten Formel aus dem Stand der Technik. Der Kreisfehler ist von der Länge des Pendels, der Erdanziehungskraft und dem Schwingwinkel abhängig. Bei einem Schwingwinkel 45 (α(alpha)) von z. B. 120 Winkelminuten ist der Kreisfehler rund 6,6 Sekunden pro Tag groß. 1 shows the diagram sheet 100 from the prior art with a circular error diagram with a curve of the circular error ΔT in seconds per day over the oscillation angle 45 (α(alpha)) in angle minutes. The circular error ΔT is calculated using the formula shown in the diagram from the prior art. The circular error depends on the length of the pendulum, the force of gravity and the oscillation angle. With an oscillation angle 45 (α(alpha)) of z. B. 120 angular minutes, the circular error is around 6.6 seconds per day.

Figur 2figure 2

2 zeigt aus dem Stand der Technik das Diagrammblatt 101. Im oberen Bereich ist ein Diagramm dargestellt, das drei Drehmomentkurven M1, M2, M3 über dem Schwingwinkel 45 (hier α(alpha)) zeigt. Die hier gezeigten Drehmomente sind Rückstelldrehmomente um die Schwingachse des Pendels. Die obere Kurve zeigt den Verlauf des Drehmoments M1 = F · α, das zu einem zykloidischen Pendel gehört. Das Rückstelldrehmoment ist proportional zum Schwingwinkel. Die mittlere Kurve im Diagramm wird berechnet mit einem Drehmoment M2 = F · sin(α) und entspricht dem typischen Verlauf des Rückstelldrehmoments eines gewöhnlichen Pendels, das auf einer Kreisbahn schwingt. Die untere Kurve zeigt ein Rückstelldrehmoment mit der Größe M3 = F · (α^3 / 6). Addiert man am jeweilig betrachteten Schwingwinkel α den Wert der mittleren Kurve und den der unteren Kurve, so ergibt sich eine Summe, die genau dem Wert auf der oberen Kurve entspricht. Mit einem Rückstelldrehmoment M3, das dem Kurvenverlauf der unteren Kurve entspricht, kann folglich das Rückstelldrehmoment M2 eines gewöhnlichen Pendels so ergänzt werden, das es die Eigenschaften eines auf einer zykloidischen Bahn schwingenden Pendels annimmt. Die mittlere und untere Kurve ist stark verzerrt wiedergegeben, da die rechnerisch sehr kleinen Werte des unteren Kurvenverlaufs nicht mehr im Diagramm sichtbar wären. 2 shows the diagram sheet 101 from the prior art. In the upper area, a diagram is shown which shows three torque curves M1, M2, M3 over the oscillation angle 45 (here α(alpha)). The torques shown here are restoring torques around the swinging axis of the pendulum. The upper curve shows the course of the torque M1 = F · α, which belongs to a cycloidal pendulum. The restoring torque is proportional to the swing angle. The middle curve in the diagram is calculated with a torque M2 = F · sin(α) and corresponds to the typical course of the restoring torque of a normal pendulum swinging on a circular path. The lower curve shows a restoring torque of size M3 = F · (α^3 / 6). If you add the value of the middle curve and that of the lower curve at the respective oscillation angle α, the result is a sum that corresponds exactly to the value on the upper curve. Consequently, with a restoring torque M3 that corresponds to the curve shape of the lower curve, the restoring torque M2 of an ordinary pendulum can be supplemented in such a way that it assumes the properties of a pendulum oscillating in a cycloidal orbit. The middle and lower curves are shown in a highly distorted manner, as the mathematically very small values of the lower curve would no longer be visible in the diagram.

Im mittleren Bereich des Diagrammblatts wird eine Tabelle gezeigt, die im Schwingwinkelbereich von 0 bis 2° Werte für die im oberen Diagramm gezeigten Kurvenverläufe darstellt. Hier ist ersichtlich, dass das Rückstelldrehmoment M3 = F · (α^3 / 6) sehr kleine Werte annimmt. Die Berechnung der Tabellenwerte basiert auf den in der unteren Tabelle wiedergegebenen, beispielhaften Parametern für die Masse des Pendels m, die Erdanziehungskraft g, die Gewichtskraft des Pendels F und die Länge des Pendels 1.A table is shown in the middle area of the diagram sheet, which shows values for the curves shown in the upper diagram in the vibration angle range from 0 to 2°. Here it can be seen that the restoring torque M3 = F · (α^3 / 6) assumes very small values. The calculation of the table values is based on the example parameters given in the table below for the mass of the pendulum m, the force of gravity g, the weight of the pendulum F and the length of the pendulum 1.

Figur 3figure 3

3 zeigt aus dem Stand der Technik (z. B. „Theory of Elastic Stability“, Timoshenko and Gere, 2009, Chapter 7, Seite 278 ff.) im Diagrammblatt 102 im oberen Bereich ein Federelement 30, das im unbelasteten Zustand a) an seinen beiden Enden ortsfest in Festlagern 14 eingespannt ist und so eine Bogenform annimmt. Die senkrecht und mittig auf das Federelement 30 wirkende Federkraft 32 (F) hat einen Wert von 0. Im Zustand b) verformt sich das Federelement 30, belastet durch die Federkraft 32, entlang des Federwegs 33 leicht. Mittig senkt sich das Federelement 30 ab und links und rechts daneben steigen die Abschnitte leicht nach oben an. Der Zustand c) zeigt ein durch die Federkraft 32 entlang des Federwegs 33 stark deformiertes Federelement 30 und als gepunkteten Verlauf die Federelementformen aus a) und b). 3 shows from the prior art (z. B. "Theory of Elastic Stability", Timoshenko and Gere, 2009, Chapter 7, page 278 ff.) In the diagram sheet 102 in the upper area a spring element 30, which in the unloaded state a) at its is fixedly clamped at both ends in fixed bearings 14 and thus assumes an arc shape. The spring force 32 (F) acting perpendicularly and centrally on the spring element 30 has a value of 0. In state b), the spring element 30 deforms slightly along the spring path 33 under the load of the spring force 32 . The spring element 30 lowers in the middle and the sections to the left and right of it rise slightly upwards. State c) shows a spring element 30 severely deformed by the spring force 32 along the spring path 33 and the spring element shapes from a) and b) as a dotted curve.

Das im mittleren Bereich des Diagrammblatts 102 gezeigte Diagramm zeigt einen typischen Kurvenverlauf 34 (aus echter Messung) des oben illustrierten Federelements 30, das im Maschinen- und Uhrenbau weitgehend unbekannt ist. Über dem Federweg 33 ist die Federkraft 32 dargestellt. Mit wachsendem Federweg 33 steigt zunächst nahezu proportional die Federkraft 32 an, bis ein erster Gleichgewichtspunkt 70 erreicht wird. Wächst nun der Federweg 33 weiter an, so sinkt die Federkraft 32 bis zu einem zweiten Gleichgewichtspunkt 71 ab. Erst wenn dieser zweite Gleichgewichtspunkt 71 überschritten wird, wächst die Federkraft 32 im Wesentlichen mit der dritten Potenz zum Federweg 33 an. Gegenüber gewöhnlichen Druckfedern und Zugfedern, die allgemein bekannt sind, unterscheidet sich das gezeigte Federelement durch diesen völlig andersartigen Kurvenverlauf 34. Gewöhnliche Federn haben in ihrem Arbeitsbereich einen im Wesentlichen proportionalen Kurvenverlauf mit nahezu konstanter Steigung.The diagram shown in the middle area of the diagram sheet 102 shows a typical curve 34 (from actual measurement) of the spring element 30 illustrated above, which is largely unknown in machine and clock construction. The spring force 32 is shown above the spring deflection 33 . As the spring deflection 33 increases, the spring force 32 initially increases almost proportionally until a first equilibrium point 70 is reached. If the spring deflection 33 continues to increase, the spring force 32 falls down to a second equilibrium point 71 . Only when this second equilibrium point 71 is exceeded does the spring force 32 essentially increase to the cube of the spring deflection 33 . Compared to conventional compression springs and tension springs, which are generally known, the spring element shown differs in this completely different type of curve 34. In their working area, conventional springs have an essentially proportional curve with an almost constant slope.

Das untere Diagramm des Stands der Technik zeigt einen Kurvenverlauf der Funktion y = x^3 - x, der sich im Wesentlichen mit dem Kurvenverlauf 34 des beschriebenen Federelements 30 deckt. Auch diese Funktion hat einen ersten Gleichgewichtspunkt 70 und einen zweiten Gleichgewichtspunkt 71. Der Vergleich dient dazu, den ungewöhnlichen Kurvenverlauf 34 besser zu greifen und seine im Wesentlichen mit der dritten Potenz des Federwegs 33 wachsende Federkraft 32 mathematisch einzuordnen.The lower diagram of the prior art shows a curve of the function y=x^3−x, which essentially coincides with the curve 34 of the spring element 30 described. This function also has a first balance point 70 and a second balance point 71. The comparison serves to better grasp the unusual curve shape 34 and to mathematically classify its spring force 32, which essentially increases with the third power of the spring deflection 33.

Figur 4figure 4

4 zeigt schematisch ein um ein Pendellager 11 schwingendes Pendel 1 mit einem Pendelgewicht 3 und einem Pendelstab, dessen Pendelachse 42 dargestellt ist. Im Bildbereich a) befindet sich das Pendel 1 an seinem linken Pendeltotpunkt 43 und setzt zum Abschwung 80 an. In dieser Position ist der zwischen der Lotachse 40 und der Pendelachse 42 liegende Schwingwinkel 45 sichtbar. Auf das Pendel 1 wirkt die Federkraft 32 des nicht dargestellten Federelements. Die Federkraft 32 erzeugt ein um die Schwingachse 41 gerichtetes Rückstelldrehmoment 39. Im Bildbereich b) befindet sich das Pendel 1 genau auf der Lotachse 40 und setzt zum Aufschwung 81 nach rechts an. Hier wird der Hebelarm 46 dargestellt, der den Abstand zwischen dem Federkraftkontaktpunkt 44 und der Schwingachse 41 angibt. Im Bildbereich c) befindet sich das Pendel 1 am rechten Pendeltotpunkt 43. Die in ihrem Wert, abhängig vom Schwingwinkel 45, unterschiedliche Federkraft 32 wirkt permanent auf das Pendel 1 und erzeugt das Rückstelldrehmoment 39. 4 shows schematically a pendulum 1 oscillating about a pendulum bearing 11 with a pendulum weight 3 and a pendulum rod whose pendulum axis 42 is shown. Located in image area a). the pendulum 1 at its left pendulum dead center 43 and starts the downswing 80. In this position, the oscillation angle 45 lying between the vertical axis 40 and the pendulum axis 42 is visible. The spring force 32 of the spring element (not shown) acts on the pendulum 1 . The spring force 32 generates a restoring torque 39 directed around the swing axis 41. In the image area b), the pendulum 1 is located exactly on the vertical axis 40 and begins to swing 81 to the right. Here the lever arm 46 is shown, which indicates the distance between the spring force contact point 44 and the swing axis 41 . In image area c), the pendulum 1 is at the right pendulum dead center 43. The spring force 32, which varies in value depending on the swing angle 45, acts permanently on the pendulum 1 and generates the restoring torque 39.

Im oberen Bereich der 4 ist ein Diagrammausschnitt mit dem Kurvenverlauf 34 (siehe Diagramm aus 3) des hier verwendeten Federelements dargestellt. Der Arbeitsbereich 31 des Federelements beginnt, in Richtung eines wachsenden Federwegs 33 gesehen, dicht vor dem zweiten Gleichgewichtspunkt 71, wenn das Pendel seinen linken Pendeltotpunkt 43 einnimmt. Gleich weit vom zweiten Gleichgewichtspunkt 71 entfernt, jedoch hinter diesem, liegt der Arbeitspunkt des Federelements, wenn das Pendel 1 auf der Lotachse 40 steht. Der Arbeitsbereich 31 des Federelements endet am rechten Pendeltotpunkt 43.In the upper area of the 4 is a diagram section with the curve 34 (see diagram from 3 ) of the spring element used here. The working area 31 of the spring element begins, viewed in the direction of an increasing spring deflection 33, just before the second equilibrium point 71, when the pendulum assumes its left pendulum dead center 43. Equally distant from the second equilibrium point 71, but behind it, is the working point of the spring element when the pendulum 1 is on the vertical axis 40. The working area 31 of the spring element ends at the right pendulum dead point 43.

Beim Abschwung 80 des Pendels 1 vom linken Pendeltotpunkt 43 bis zum Übergang zum Aufschwung 81 nach rechts steht das im Uhrzeigersinn gerichtete Rückstelldrehmoment 39 dem übrigen Rückstelldrehmoment des Pendels entgegen. Dieser Effekt ist nicht geeignet, den Kreisfehler des Pendels 1 zu reduzieren. Vielmehr reduziert er das Gesamt-Rückstelldrehmoment des Pendels in diesem Schwingungsabschnitt. Jedoch ist diese Wirkung nicht schädlich, den erfindungsgemäßen Effekt der Erhöhung des Gesamt-Rückstelldrehmoments zu erreichen, denn in dem Abschnitt des Aufschwungs 81 des Pendel 1 nach rechts steigt die Federkraft 32 mit der dritten Potenz des Schwingwinkels 45 so stark an, dass die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf das Gesamt-Rückstelldrehmoment, über eine volle Schwingperiode gerechnet, einen Wert erreicht, der dem eines auf einer zykloidischen Bahn schwingenden Pendels entspricht. Das Federelement kompensiert in diesem Ausführungsbeispiel auf der rechten Schwingseite den in Kauf genommenen Effekt des Federelements auf der linken Schwingseite.During the downswing 80 of the pendulum 1 from the left pendulum dead center 43 to the transition to the upswing 81 to the right, the clockwise restoring torque 39 opposes the rest of the restoring torque of the pendulum. This effect is not suitable for reducing the circular error of the pendulum 1. Rather, it reduces the total restoring torque of the pendulum in this swing section. However, this effect is not detrimental to achieving the effect according to the invention of increasing the total restoring torque, because in the upswing section 81 of the pendulum 1 to the right, the spring force 32 increases so much with the third power of the swing angle 45 that the effect of the device according to the invention on the total restoring torque, calculated over a full oscillation period, reaches a value which corresponds to that of a pendulum oscillating on a cycloidal path. In this exemplary embodiment, the spring element on the right-hand oscillating side compensates for the accepted effect of the spring element on the left-hand oscillating side.

Der Grund, warum die schwächende Wirkung des Rückstelldrehmoments 39 auf der linken Schwinggseite akzeptiert wird, liegt darin, dass das Federelement permanent in Kontakt mit dem Pendel 1 steht und so seine Federkraft 32 andauernd auf das Pendel 1 einwirkt. Hierdurch kann eine besonders preiswerte, konstruktiv einfache, robuste und dauerfeste Lösung der Kopplung von Federelement 30 und Pendel 1 realisiert werden.The reason why the weakening effect of the restoring torque 39 on the left side of the oscillation is accepted is that the spring element is permanently in contact with the pendulum 1 and its spring force 32 thus acts on the pendulum 1 continuously. As a result, a particularly inexpensive, structurally simple, robust and durable solution for the coupling of spring element 30 and pendulum 1 can be implemented.

Figur 5figure 5

Die 5 zeigt den oberen Teil eines Pendels 1 mit der Pendelstange 2, die über den Pendelbolzen 4 in dem Pendelkopf 5 ruht, in räumlicher Ansicht. Im Betrieb der Pendeluhr sind diese Bauteile starr zueinander. Der Pendelkopf 5 ist über die Pendelschneiden 7 schwingbar um die Schwingachse 41 auf den Lagerpfannen 8 gelagert. Die Lagerpfannen 8 sind mit der ortfesten Platine 20 fest verbunden. Im Pendelkopf 5 ist das Stellmittel 61 eingeschraubt, das permanent mit dem Federelement 30 in Kontakt tritt. Weitere typische Uhrenbauteile sind in dieser und weiteren Figuren nicht dargestellt, da sie für die Offenbarung der Erfindung nicht relevant sind und so die Übersichtlichkeit der Darstellung verbessert wird. Solche Uhrenbauteile sind z. B. das die Platine 20 tragende Uhrengehäuse oder Mittel zur Energiezufuhr des Pendels durch eine Impulsvorrichtung. The 5 shows the upper part of a pendulum 1 with the pendulum rod 2, which rests on the pendulum bolt 4 in the pendulum head 5, in a three-dimensional view. When the pendulum clock is in operation, these components are rigid to one another. The pendulum head 5 is mounted on the bearing pans 8 via the pendulum cutters 7 such that it can swing about the swing axis 41 . The bearing sockets 8 are firmly connected to the fixed circuit board 20 . The adjusting means 61 is screwed into the pendulum head 5 and comes into permanent contact with the spring element 30 . Other typical watch components are not shown in this and other figures because they are not relevant to the disclosure of the invention and the clarity of the illustration is improved. Such watch components are z. B. the circuit board 20 supporting watch case or means for energizing the pendulum by an impulse device.

Fest mit der Platine 20 sind zwei Federelementböcke 35 montiert, die mittels der Federelementklemmen 36 und den Schrauben 60 das Federelement 30 einspannen. Bei einem Aufschwung 81 zum linken Pendeltotpunkt drückt das Stellmittel 61 das Federelement 30 nieder, wodurch seine Federkraft ein um die Schwingachse 41 gerichtetes und mit der dritten Potenz zum Schwingwinkel wachsendes Rückstelldrehmoment auf das Pendel 1 ausübt. Beim folgenden Abschwung wirkt die sich abschwächende Federkraft bis zum Übergang zum Aufschwung weiter. Bei einem Aufschwung 81 zum rechten Pendeltotpunkt wirkt, auf niedrigem Niveau, die Federkraft des Federelements 30 weiter fort. Die primär angestrebte Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das Gesamt-Rückstelldrehmoment des Pendels um den Wert zu erhöhen, der dem eines auf einer zykloidischen Bahn schwingenden Pendels entspricht, wird in diesem Ausführungsbeispiel während der Schwingung des Pendels 1 auf der linken Schwingseite erzeugt. Die in Kauf genommene schwächende sekundäre Wirkung des Federelements während der Schwingung auf der rechten Schwingseite wird hierbei vollständig kompensiert.Two spring element blocks 35 are fixed to the circuit board 20 and clamp the spring element 30 by means of the spring element clamps 36 and the screws 60 . With an upswing 81 to the left dead center of the pendulum, the actuating means 61 presses the spring element 30 down, as a result of which its spring force exerts a restoring torque on the pendulum 1 which is directed about the oscillation axis 41 and increases with the cube of the oscillation angle. During the following downturn, the weakening spring force continues to have an effect until the transition to an upswing. With an upswing 81 to the right dead center of the pendulum, the spring force of the spring element 30 continues to act at a low level. The primary desired effect of the device according to the invention, to increase the total restoring torque of the pendulum by the value which corresponds to that of a pendulum oscillating on a cycloidal path, is generated in this exemplary embodiment during the oscillation of the pendulum 1 on the left-hand side of the oscillation. The weakening secondary effect of the spring element that is accepted during the oscillation on the right-hand side of the oscillation is completely compensated for in this way.

Figur 6figure 6

Die 6a stellt in einer Ansicht von der Seite die Vorrichtung aus 5 dar. Dieselben Bauteile wie in 5 werden hier und im Weiteren nur erklärt, wenn dies zum besseren Verständnis nützlich ist. Ansonsten werden Redundanzen vermieden. Gut sichtbar ist die feste Einspannung des Federelements 30 durch die Federelementböcke 35 und die Federelementklemmen 36.The 6a shows the device in a side view 5 dar. The same components as in 5 are only explained here and in the following if this is useful for a better understanding. Otherwise, redundancies are avoided. The firm clamping of the spring element is clearly visible ments 30 by the spring element blocks 35 and the spring element clamps 36.

Die für diesen speziellen Typ von Federelement 30 typische, wellenförmige Verformung (hier bei einer Pendelstellung auf der Lotachse) stellt sich durch die vom Stellmittel 61 erwirkte Zwangsstellung im Bereich des zweiten Gleichgewichtspunkts (im Kurvenverlauf des Federelements) ein. 6b zeigt schematisch in derselben Ansicht wie 6a das Federelement 30, das an seinen beiden Enden in Festlagern 14 eingespannt ist und durch Überwindung der Federkraft 32 entlang eines senkrechten Federwegs 33 bis zu seinem zweiten Gleichgewichtspunkt 71 verformt ist. 6c zeigt dasselbe wie 6b, in räumlicher Ansicht.The wave-shaped deformation typical of this special type of spring element 30 (here with a pendulum position on the vertical axis) occurs due to the forced position effected by the actuating means 61 in the area of the second balance point (in the curve of the spring element). 6b shows schematically in the same view as 6a the spring element 30, which is clamped at both ends in fixed bearings 14 and is deformed by overcoming the spring force 32 along a vertical spring path 33 up to its second equilibrium point 71. 6c shows the same as 6b , in spatial view.

Figur 7figure 7

In der 7 wird das aus 6 auf einer Platine 20 gelagerte Pendel 1 in räumlicher Ansicht dargestellt. Die Druckspitze 63 am Pendelkopf 5 ist fest mit dem Federelement 30 verbunden. Der Federelementbock 35 hält beidseitig das Federelement 30 mittels der Federelementklemmen 36 fest. Über Stellmittel 61 kann die Position des Federelementbocks 35 in der Senkrechten relativ zur Druckspitze 63 variiert werden (wenn das Pendel 1 ruht), wodurch der Federweg des Federelements 30 verändert und damit seine Vorspannung eingestellt werden kann. Hierdurch ist es einfach möglich, den Arbeitsbereich des Federelements 30 und damit das im Betrieb des Pendels 1 wirkende Rückstelldrehmoment zu verändern.In the 7 will that be over 6 pendulum 1 mounted on a circuit board 20 is shown in a three-dimensional view. The pressure tip 63 on the pendulum head 5 is firmly connected to the spring element 30 . The spring element block 35 holds the spring element 30 on both sides by means of the spring element clamps 36 . The position of the spring element block 35 in the vertical relative to the pressure peak 63 can be varied via adjusting means 61 (when the pendulum 1 is at rest), as a result of which the spring travel of the spring element 30 can be changed and its prestress can thus be adjusted. This makes it easy to change the working range of the spring element 30 and thus the restoring torque acting during operation of the pendulum 1 .

Figur 8figure 8

In der Vorrichtung der 8 in räumlicher Ansicht ist im Pendelkopf 5 die schneidenartige Druckspitze 63 montiert, die permanent in Kontakt mit dem Federelement 30 steht. Der Federelementbock 35 ist über Stellmittel 61 relativ zur Platine 20 in der Senkrechten einstellbar. Eine kissenartige Druckfedern 65 drücken den Federelementbock 35 permanent gegen die Stellmittel 61, um einen festen Sitz zu schaffen. Das im Federelementbock 35 gehaltene Federelement 30 kann im Abstand zum Pendelstab 2 variiert werden. Dies ist durch längliche Aussparungen 21 in der Platine 20 möglich, wodurch der Federelementbock 35 in der Horizontalen verschiebbar ist. Die Stellmittel 61 greifen durch die Aussparungen 21. Insoweit gestatten die Stellmittel 61 sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Verstellung des Federelements 30.In the device of 8th in a three-dimensional view, the blade-like pressure tip 63 is mounted in the pendulum head 5 and is in permanent contact with the spring element 30 . The spring element block 35 can be adjusted vertically relative to the circuit board 20 via adjusting means 61 . A cushion-like compression spring 65 permanently presses the spring element block 35 against the adjusting means 61 to create a tight fit. The distance between the spring element 30 and the pendulum rod 2 held in the spring element block 35 can be varied. This is possible through elongated recesses 21 in the circuit board 20, as a result of which the spring element block 35 can be displaced horizontally. The adjusting means 61 engage through the recesses 21. In this respect, the adjusting means 61 allow both a vertical and a horizontal adjustment of the spring element 30.

Veränderungen der vertikalen Lage des Federelementbocks 35 führen zu einer Veränderung der Vorspannung des Federelements 30 und damit zu einer Veränderung der Federkraft. Veränderungen der horizontalen Lage des Federelementbocks 35 führen zu einer Veränderung des Federkraftkontaktpunktes zwischen dem Federelement 30 und der Druckspitze 63, wodurch der Hebelarm der Federkraft verkürzt oder verlängert und damit das Rückstelldrehmoment (bei angenommener selber Federkraft) verkleinert oder vergrößert werden kann.Changes in the vertical position of the spring element block 35 lead to a change in the preload of the spring element 30 and thus to a change in the spring force. Changes in the horizontal position of the spring element block 35 lead to a change in the spring force contact point between the spring element 30 and the pressure tip 63, as a result of which the lever arm of the spring force is shortened or lengthened and the restoring torque (assuming the spring force itself) can be reduced or increased.

Aufgrund dieser Einstellbarkeiten kann der Arbeitsbereich des Federelements 30 exakt so justiert werden, dass seine auf das Pendel 1 wirkende Federkraft das zur Kompensation des Kreisfehlers fehlende Rückstelldrehmoment aufbringt. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Einstellungen des Federelementbocks 35 über die Stellmittel 61 erfolgen kann, während das Pendel 1 schwingt.Due to this adjustability, the working range of the spring element 30 can be adjusted exactly in such a way that its spring force acting on the pendulum 1 applies the restoring torque missing to compensate for the circular error. It is particularly advantageous that the spring element bracket 35 can be adjusted via the adjusting means 61 while the pendulum 1 is oscillating.

Figur 9figure 9

9 offenbart eine Vorrichtung in räumlicher Ansicht mit zwei Federelementen 30, die spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, die von der Schwingachse 41 und der Lotachse 40 aufgespannt wird, angeordnet sind. Die Bauteile sind aus der Vorrichtung gemäß 5 bekannt. Die Stellmittel 61 stehen permanent mit den Federelementen 30 in Kontakt, wodurch die Federkräfte permanent Rückstelldrehmomente auf das Pendel ausüben. Bei dieser Vorrichtung ist folglich die zur Kompensation des Kreisfehlers des Pendels notwendige, rückstellende Wirkung auf beide Federelemente 30 aufgeteilt und bedarf schwächerer Federelemente 30 bzw. veränderte Einstellungen der Stellmittel 61 als bei einer Vorrichtung gemäß 5 mit nur einem Federelement. Die hier gezeigte Vorrichtung kann präferiert sein, wenn z. B. aus ästhetischen Gründen ein vollständig symmetrischer Aufbau gewünscht ist. 9 discloses a device in a three-dimensional view with two spring elements 30 which are arranged mirror-symmetrically to a plane which is spanned by the swing axis 41 and the vertical axis 40. The components are from the device according to 5 known. The adjusting means 61 are permanently in contact with the spring elements 30, as a result of which the spring forces permanently exert restoring torques on the pendulum. In this device, the restoring effect required to compensate for the circular error of the pendulum is divided between the two spring elements 30 and requires weaker spring elements 30 or changed settings of the adjusting means 61 than in a device according to FIG 5 with only one spring element. The device shown here can be preferred if z. B. for aesthetic reasons, a completely symmetrical structure is desired.

Figur 10figure 10

10a zeigt ein Pendel mit einem Pendelstab 2, der nahtlos in den Pendelkopf 5 übergeht und mittels des Pendelfederbolzens 12 an einer Pendelfeder 10 schwingbar aufgehängt ist, in räumlicher Ansicht. Die Pendelfeder 10 ruht im oberen Bereich über den zweiten Pendelfederbolzen 12 in einer Platine 20, die zur besseren Übersicht geschnitten dargestellt ist. Die Montage des Pendels erfolgt durch die Aussparung 21 in der Platine 20. Das Pendel schwingt um die Schwingachse 41. Am Pendelstab 2 ist der Federelementbock 35 fest mittels Schraube 60 montiert. 10a shows a pendulum with a pendulum rod 2, which merges seamlessly into the pendulum head 5 and is oscillatingly suspended on a pendulum spring 10 by means of the pendulum spring bolt 12, in a three-dimensional view. The pendulum spring 10 rests in the upper area over the second pendulum spring bolt 12 in a circuit board 20, which is shown in section for a better overview. The pendulum is mounted through the recess 21 in the circuit board 20. The pendulum swings about the swing axis 41. The spring element bracket 35 is fixed to the pendulum rod 2 by means of a screw 60.

Die Federelementklemmen 36 klemmen das Federelement 30 an beiden Enden fest. Die Spitze des im Stellmittelhalter 62 eingeschraubten Stellmittels 61 verformt das Federelement 30 permanent.The spring element clamps 36 clamp the spring element 30 at both ends. The tip of the adjusting means 61 screwed into the adjusting means holder 62 permanently deforms the spring element 30 .

Zur besseren Sichtbarmachung ist dies in einem Detail, vergrößert in 10b, dargestellt. Im mittleren Bereich des Federelements 30 tritt die Spitze des Stellmittels 61 mit diesem in Kontakt. Das Federelement 30 hat zwei Federn 90.For better visualization this is in a detail, enlarged in 10b , shown. In the central area of the spring element 30 occurs Tip of the adjusting means 61 with this in contact. The spring element 30 has two springs 90.

Figur 11figure 11

11a stellt die Vorrichtung aus 10 in einer Ansicht von unten dar. Das Federelement 30, das im mittleren Bereich an der Spitze des Stellmittels 61 anliegt, ist wellenförmig gebogen. In 11b wird das Federelement 30 isoliert gezeigt. Es verfügt über zwei Federn 90, die im mittleren Bereich über eine kreisförmige Struktur verbunden sind.
Solche Federelemente 30 lassen sich aus Dünnblechen mit höchster Präzision mittels Laserfeinschneiden im industriellen Maßstab preiswert reproduzieren. 11a turns off the device 10 in a view from below. The spring element 30, which bears against the tip of the actuating means 61 in the middle region, is bent in a wave shape. In 11b the spring element 30 is shown isolated. It has two springs 90 connected by a circular structure in the central area.
Such spring elements 30 can be inexpensively reproduced on an industrial scale from thin sheet metal with the greatest precision by means of fine laser cutting.

Figur 12figure 12

In 12a wird eine an einer Pendelfeder 10 eingehängte Pendelstange 2 in räumlicher Ansicht gezeigt. Am unteren Pendelfederbolzen 12 ist ein rotationssymmetrischer Federelementbock 35 fest verbunden. Die Schraube 60 fixiert das im Inneren von Federelementbock 35 und Schraube 60 liegende Federelement 30. Durch eine Bohrung in der Schraube 60 greift die Spitze des im Stellmittelhalter 62 gehaltenen Stellmittels 61 hindurch und steht permanent mit dem tellerartig gewölbten Federelement 30 in Kontakt. 12b zeigt, vergrößert in einer geschnittenen Vorderansicht, Details der 12a mit dem im Federelementbock 35 sitzenden Federelement 30, das sich durch die Spitze des Stellmittel 61 wellenförmig verformt hat. 12c zeigt das Federelement 30, bestehend aus einer tellerartig gewölbten Feder 90, aus den übrigen 12 isoliert, in einer entlang der Linien A-A geschnittenen Form, die seine wellenförmige Verformung durch das Einwirken der Federkraft 32 bzw. des Federwegs 33 gut wiedergibt.In 12a a suspended on a pendulum spring 10 pendulum rod 2 is shown in a spatial view. A rotationally symmetrical spring element block 35 is firmly connected to the lower pendulum spring bolt 12 . The screw 60 fixes the spring element 30 inside the spring element bracket 35 and screw 60. The tip of the adjusting means 61 held in the adjusting means holder 62 reaches through a bore in the screw 60 and is permanently in contact with the plate-like curved spring element 30. 12b shows, enlarged in a sectional front view, details of the 12a with the seated in the spring element block 35 spring element 30, which has been deformed by the tip of the adjusting means 61 in a wavy shape. 12c shows the spring element 30, consisting of a plate-like curved spring 90, from the rest 12 isolated, in a form cut along the lines AA, which reproduces its wavy deformation by the action of the spring force 32 or the spring travel 33 well.

Figur 13figure 13

Die 13 zeigt eine weitere Ausführung mit denselben wie in 12 offenbarten Bauteilen des rotationssymmetrischen Federelementbocks 35, der Schraube 60 und des tellerartig gewölbten Federelements 30 in einer Ansicht von vorne in einer Schnittdarstellung. Am Pendelfederbolzen 12 ist die Druckspitze 63 befestigt, die mit ihrem spitz zulaufenden Ende permanent auf das Federelement 30 drückt. Das Federelement 30 wird vom Federelementbock 35 gehalten. Der Federelementbock 35 verfügt über eine Gewindeverbindung als Stellmittel 61 zum Stellmittelhalter 62, sodass sein Abstand zum Pendel variiert werden kann. Mit dieser Vorrichtung kann vorteilhaft die Justage der Vorspannung der Federkraft des Federelements 30 erfolgen, ohne dass das Pendel hierfür angehalten werden muss.The 13 shows another version with the same ones as in 12 disclosed components of the rotationally symmetrical spring element block 35, the screw 60 and the plate-like curved spring element 30 in a view from the front in a sectional view. The pressure tip 63 is fastened to the pendulum spring bolt 12 and permanently presses on the spring element 30 with its pointed end. The spring element 30 is held by the spring element bracket 35 . The spring element block 35 has a threaded connection as an adjusting means 61 to the adjusting means holder 62, so that its distance from the pendulum can be varied. This device can advantageously be used to adjust the prestressing of the spring force of the spring element 30 without the pendulum having to be stopped for this purpose.

Figur 14figure 14

14 zeigt ein Diagrammblatt 103, das Messungen eines Federelements offenbart. Im oberen Diagramm wird der typische Kurvenverlauf 34 (echte Messung) des Federelements im Federweg-Federkraft-Diagramm mit dem ersten Gleichgewichtspunkt 70 und dem zweiten Gleichgewichtspunkt 71 gezeigt. Die Form eines solchen Federelements ist aus den 3, 10 und 11 bekannt. 14 Figure 10 shows a chart sheet 103 disclosing measurements of a spring element. The upper diagram shows the typical curve 34 (real measurement) of the spring element in the spring deflection/spring force diagram with the first equilibrium point 70 and the second equilibrium point 71 . The shape of such a spring element is from the 3 , 10 and 11 known.

Einen Abschnitt des Kurvenverlaufs 34 gibt der mittlere Blattbereich wieder. Hier ist der Arbeitsbereich 31 des Federelements dargestellt, der am linken Pendeltotpunkt 43 beginnt. Die Federkraft sinkt beim Abschwung des Pendels 1 solange ab, bis der zweite Gleichgewichtspunkt 71 erreicht wird. Danach steigt die Federkraft 32 wieder an, bis das Pendel 1 die Lotachse 40 erreicht hat. Beim folgenden Aufschwung des Pendels nach rechts wächst die Federkraft 32 im Wesentlichen mit der dritten Potenz des Federwegs 33 stark an und erreicht am rechten Pendeltotpunkt 43 sein Maximum im Arbeitsbereich 31. Die im Arbeitsbereich 31 unterhalb des Kurvenverlaufs 34 durch gestrichelte Linien begrenzten Flächen stellen die vom Federelement geleistete Arbeit (Arbeit = Kraft x Weg) dar. Auf der rechten Schwingseite werden in dieser Messung 1.174 Einheiten Arbeit geleistet, während auf der linken Schwingseite nur 72 + 72 = 144 Einheiten Arbeit geleistet werden. Damit werden insgesamt 1.174 - 144 = 1.030 Einheiten Arbeit während einer Halbperiode der Schwingung geleistet.The middle sheet area reproduces a section of the curve 34 . Here the working area 31 of the spring element is shown, which begins at the left dead point 43 of the pendulum. The spring force decreases as the pendulum 1 swings down until the second equilibrium point 71 is reached. The spring force 32 then increases again until the pendulum 1 has reached the perpendicular axis 40 . During the following upswing of the pendulum to the right, the spring force 32 increases substantially with the third power of the spring deflection 33 and reaches its maximum at the right pendulum dead center 43 in the working area 31. The areas in the working area 31 below the curve 34 bounded by dashed lines represent the The work performed by the spring element (work = force x displacement). In this measurement, 1,174 units of work are performed on the right-hand side of the vibration, while only 72 + 72 = 144 units of work are performed on the left-hand side of the vibration. Thus a total of 1,174 - 144 = 1,030 units of work are done during one half cycle of the oscillation.

Den zweiten Gleichgewichtspunkt 71 vorzugsweise in die Mitte zwischen dem linken Pendeltotpunkt 43 und der Lotachse 40 zu legen, führt dazu, dass die (in Kauf genommene) Arbeitsmenge auf der linken Schwingseite des Pendels 1 ihren minimalen Wert erreicht.Placing the second equilibrium point 71 preferably in the middle between the left pendulum dead center 43 and the vertical axis 40 results in the amount of work (accepted) on the left swinging side of the pendulum 1 reaching its minimum value.

Im unteren Blattbereich wird der Arbeitsbereich 31 eines weiteren Federelements gezeigt. Der Federweg 33 des Arbeitsbereichs 31 ist gegenüber dem zuvor beschriebenen Federweg 33 deutlich kürzer, wodurch bei demselben Kurvenverlauf (dasselbe Federelement mit derselben Vorspannung) geringere Federkräfte 32 auftreten. Die geleistete Arbeit auf der rechten Schwingseite hat hier einen Wert von 309 Einheiten gegenüber der linken Schwingseite mit 11 + 11 = 22 Einheiten. Damit werden insgesamt 309 - 11 - 11 = 287 Einheiten Arbeit geleistet.
Die Variation des Federwegs 33 (bei gleichen maximalen Schwingwinkeln) kann beispielweise durch die in 8 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach bewerkstelligt werden.The working area 31 of a further spring element is shown in the lower part of the sheet. The spring deflection 33 of the working area 31 is significantly shorter than the previously described spring deflection 33, as a result of which lower spring forces 32 occur with the same curve profile (the same spring element with the same pretension). The work done on the right swing side has a value of 309 units compared to the left swing side with 11 + 11 = 22 units. This means that a total of 309 - 11 - 11 = 287 units of work are done.
The variation of the spring deflection 33 (with the same maximum oscillation angles) can be achieved, for example, by the 8th shown embodiment of the device according to the invention can be easily accomplished.

Figur 15figure 15

15 zeigt ein Diagrammblatt 104, das Messungen eines Pendels mit zwei Federelementen offenbart. Ein solches Pendel wird z. B. in 9 gezeigt. Im oberen Diagramm wird der typische Kurvenverlauf 34 (echte Messung) der Federelemente im Federweg-Federkraft-Diagramm mit dem ersten Gleichgewichtspunkt 70 und dem zweiten Gleichgewichtspunkt 71 aufgezeigt.
Im mittleren Blattbereich links wird der Arbeitsbereich 31 des linken Federelements gezeigt. Rechts daneben wird der Arbeitsbereich 31 des rechten Federelements gezeigt. Am linken Pendeltotpunkt 43 liegt der Beginn des Arbeitsbereichs 31 beim linken Federelement. Gleichzeitig erreicht das rechte Federelement bei dieser Pendelstellung im Arbeitsbereich 31 seine maximale Federkraft 32. Umgekehrt erreicht das linke Federelement am rechten Pendeltotpunkt 43 seine maximale Federkraft 32, wenn der Arbeitsbereich 31 des rechten Federelements gerade beginnt. Die Arbeitseinheiten der beiden Federelemente nehmen in diesem Beispiel den Gesamtwert von $2 \times (309 - 11 - 11) = 574 Einheiten an .$

15 Figure 10 shows a chart sheet 104 disclosing measurements of a pendulum with two spring elements. Such a pendulum is z. Am 9 shown. The upper diagram shows the typical curve 34 (real measurement) of the spring elements in the spring deflection/spring force diagram with the first equilibrium point 70 and the second equilibrium point 71 .
The working area 31 of the left spring element is shown in the middle area of the sheet on the left. The working area 31 of the right-hand spring element is shown to the right. At the left dead point 43 of the pendulum, the beginning of the working area 31 is at the left spring element. At the same time, the right spring element reaches its maximum spring force 32 in this pendulum position in the working area 31. Conversely, the left spring element reaches its maximum spring force 32 at the right dead point 43 of the pendulum when the working area 31 of the right spring element is just beginning. The working units of the two spring elements take the total value of in this example

2 \times (309 - 11 - 11) = 574 units on .

BezugszeichenlisteReference List

11: Pendelpendulum
22: Pendelstangependulum rod
33: Pendelgewichtpendulum weight
44: Pendelbolzenpendulum bolt
55: Pendelkopfpendulum head
77: Pendelschneidependulum blade
88th: Lagerpfannebearing pan
1010: Pendelfederpendulum spring
1111: Pendellagerself-aligning bearing
1212: Pendelfederbolzenpendulum spring bolt
1414: Festlagerfixed bearing
2020: Platinecircuit board
2121: Platinenaussparungcircuit board recess
3030: Federelementspring element
3131: Arbeitsbereich (des Federelements)working range (of the spring element)
3232: Federkraftspring force
3333: Federwegtravel
3434: Kurvenverlauf (einer Feder im Federweg-Federkraft-Diagramm)Curve progression (of a spring in the spring deflection-spring force diagram)
3535: Federelementbocksuspension block
3636: Federelementklemmespring clip
3939: Rückstelldrehmomentrestoring torque
4040: Lotachsevertical axis
4141: Schwingachseswing axle
4242: Pendelachsependulum axle
4343: Pendeltotpunktpendulum dead point
4444: Federkraftkontaktpunktspring force contact point
4545: Schwingwinkelswing angle
4646: Hebelarmlever arm
6060: Schraubescrew
6161: Stellmittelsetting means
6262: Stellmittelhalteradjusting device holder
6363: Druckspitzepressure spike
6565: Druckfedercompression spring
7070: erster Gleichgewichtspunkt (im Kurvenverlauf 34)first equilibrium point (in curve 34)
7171: zweiter Gleichgewichtspunkt (im Kurvenverlauf 34)second equilibrium point (in curve 34)
8080: Abschwung (des Pendels)downswing (of the pendulum)
8181: Aufschwung (des Pendels)swing (of the pendulum)
9090: FederFeather
100, 101, 102, 103, 104100, 101, 102, 103, 104: Diagrammblattchart sheet

Claims

Device for compensating for the circular error in pendulum clock pendulums, with a pendulum (1) oscillating about a stationary oscillation axis (41), whose pendulum weight (3), pendulum rod (2) and pendulum head (4) are rigid with respect to one another, and with a spring element (30) with at least one spring which is permanently deformed by the movement of the pendulum (1) in its working area (31), as a result of which its spring force (32) exerts a restoring torque (39) on the pendulum (1) directed around the oscillation axis (41), characterized in that the spring element (30) has two equilibrium points (70, 71) in the curve (34) of the spring element in the spring deflection/spring force diagram, with its spring force (32) increasing from the first equilibrium point (70) as the spring deflection (33) increases. decreases and increases from the second balance point (71) to the cube of the spring deflection (33), and the second balance point (71) lies in the working area (31) of the spring element (30) and the spring deflection (33) from the second balance point (71 ) from the one pendulum dead center (43) is longer than the spring deflection (33) to the other pendulum dead center (43).

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 1 , characterized in that the spring deflection (33) from the beginning of the working range (31) at a pendulum dead center (43) to a pendulum position on the vertical axis (40) essentially corresponds to twice the spring deflection (33) between the beginning of the working range (31) to the second equilibrium point (71).

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 2 , characterized in that the working area (31) of the spring element (30) before the second equilibrium point (71) in the curve (34) begins.

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 1 , characterized in that adjusting means (61) are provided for adjusting the spring force (32), with which the working range (31) of the spring element (30) can be adjusted.

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 1 , characterized in that adjusting means (61) are provided, by means of which the spring force contact point (44) can be displaced to vary the lever arm (46) of the spring force (32), whereby the restoring torque (39) can be varied.

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 4 and 5 , characterized in that the adjusting means (61) for adjusting the spring force (32) and the adjusting means (61) for adjusting the lever arm (46) of the spring force (32) are combined.

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 1 , characterized in that the spring element (30) has at least one spring (90) which consists of an elongate body which is fixed at its two ends and clamped in such a way that it bends resiliently in an arc.

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 1 , characterized in that the spring element (30) consists of a plate-like curved spring (90).

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 1 , characterized in that two spring elements (30) are provided, the spring contact points (44) have the same distance to the axis of oscillation (41).

Device for compensating for the circular error in pendulum clock oscillations claim 1 , characterized in that the spring element (30) is optionally connected to the pendulum (1) so that it is stationary or can swing.