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Technisches Gebiet
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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 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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Das übliche Wirkprinzip bekannter Schwerkrafthemmungen umfasst zwei symmetrisch zur Lotachse des Pendels links und rechts angeordnete Gewichtelemente. 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. Bei der freien Schwerkrafthemmung schwingt das Pendel frei auf zwei Schneiden um eine Schwingachse oder hängend an Pendelfedern um eine Schwingachse. Das Pendel hebt bei seinem linken Aufschwung von der Lotachse bis zu seinem linken Totpunkt abschnittsweise das linke Gewichtelement. Beim rechten Aufschwung des Pendels hebt es das rechte Gewichtelement abschnittsweise in selber Weise. Der während des Kontakts von Pendel und Gewichtelement zurückgelegte Weg wird als Kontaktweg bezeichnet. Die Gewichtelemente entziehen beim Aufschwung durch den Hebevorgang dem Pendel Energie. Beim Abschwung des Pendels von seinen Totpunkten treiben die Gewichtelemente abwechselnd das Pendel und führen diesem wieder Energie zu. Um das Pendel dauerhaft zu betreiben, muss durch die Gewichtelemente mehr Energie zugeführt werden, als entzogen wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kontaktwege beim Aufschwung ein wenig kürzer als beim Aufschwung sind bzw. dass die Kontaktwege beim Abschwung ein wenig länger als beim Aufschwung sind.
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Die Gewichtelemente erreichen beim Abschwung folglich eine tiefere untere Endlage, als die untere Endlage am Beginn ihres Aufschwungs.
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Grundsätzlich können zwei Gruppen von Schwerkrafthemmungen unterschieden werden. Bei der ersten Gruppe kommen Gewichtelemente zum Einsatz, die während des Kontakts mit dem Pendel von diesem frei getragen werden. Die Gewichtelemente haben hierbei keinen Kontakt zu umgebenden anderen Bauteilen, sondern ausschließlich zum Pendel. Bei der zweiten Gruppe werden die Gewichtelemente als Gewichthebel bezeichnet, da sie beim Kontakt mit dem Pendel schwenkbar gelagert sind, wobei deren Schwingachse sich mit der Schwingachse des Pendels deckt.
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Im Stand der Technik sind aus beiden Gruppen verschiedene Lösungen offenbart, die geeignet sind, die unteren Endlagen der Gewichtelemente so zu steuern, dass die Kontaktwege beim Aufschwung kürzer als beim Abschwung sind.
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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 wesentlich 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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Einen bedeutenden Entwicklungsschritt erreichte Sigmund Riefler mit einer freien Schwerkrafthemmung, die als Patent
DE 272119 A 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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Um dieselbe Schwingachse wie das Pendel sind zwei Gewichtelemente schwingbar gelagert, die als Gewichthebel bezeichnet werden, 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. 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. Da sich 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, sein Kontaktweg beim Abschwung ist folglich länger als bei seinem Aufschwung. 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 Schwenkbewegung 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 frei ist), denn der linke Gewichthebel steht nicht im Kontakt mit dem nach rechts schwingenden Pendel bzw. seinem Mitnehmer. 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 nach Riefler mit ihrem einfachen und robusten Aufbau den großen Vorteil besitzt, durch gleichmäßig wirkende Gewichthebel dem Pendel Energie zuzuführen, so besteht weiter der Nachteil, dass die Öffnung des Gangrads über die Paletten vom Pendel 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. Da die Periodendauer/Ganggenauigkeit direkt von der Energiezufuhr des Pendels abhängig ist, kann diese Ausführung der freien Schwerkrafthemmung nicht als gänzlich frei angesehen werden.
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Eine weitere Schwerkrafthemmung wurde von Hermann Goertz entwickelt und als Glockenhemmung bekannt (Quelle: Die Uhrmacherkunst Nr. 31 vom 29. Juli 1938, S. 412-416). Die Gewichtelemente sind bei dieser Lösung als Glocken ausgeführt, die der Hemmung ihren Namen gegeben haben. Am Pendel sind links und rechtsseitig Kragarme montiert, an dessen Enden spiegelsymmetrisch zur Lotachse zwei Spieße befestigt sind. Die Glocken hängen über Ösen lose an zwei Ankerarmen eines Ankers. Das Schwenklager des Ankers schneidet mit der Lotachse des Pendels und verfügt über zwei Palettenarme mit zwei Paletten, die in ein Gangrad eingreifen. Wenn das Pendel in Ruhe ist, stehen die Spieße unterhalb der Glocken, ohne Kontakt zu diesen zu haben. Beim Aufschwung zum linken Totpunkt wird die linke Glocke von einem Spieß angehoben, wodurch die Öse der Glocke den Kontakt zum Ankerarm verliert. Da die Öse der rechten Glocke weiter am Ankerarm hängt, bewirkt die asymmetrisch wirkende Gewichtskraft der rechten Glocke ein Schwenken des Ankers im Uhrzeigersinn, wodurch das Gangrad über die rechte Palette öffnet. Die Drehung des Gangrads bewirkt über die linke Palette nun ein Rückschwenken des Ankers gegen den Uhrzeigersinn, wodurch sich der linke Ankerarm absenkt und der rechte Ankerarm die Hebung der rechten Glocke ausführt. Beim Abschwung verliert der Spieß den Kontakt zur linken Glocke, wenn dessen Öse auf den linken, abgesenkten Ankerarm trifft. Hierdurch wird erreicht, dass der Kontaktweg zwischen Glocke und Pendel beim Abschwung länger als beim Aufschwung ist. Die Abläufe beim rechtsseitigen Aufschwung des Pendels verlaufen in selber Weise.
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Der große Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass das Öffnen des Gangrads nicht vom Pendel, sondern durch eine am Ankerarm hängende Glocke ausgelöst wird, während die andere Glocke vom Anker frei auf einem Spieß des Pendels im Aufschwung befindlich ist. Dem Pendel wird also keine Energie zum Öffnen des Gangrads entzogen. Als nachteilig erweist sich jedoch bei diesem Wirkprinzip die hohe Druckbelastung der Paletten am Gangrad durch die wechselweise einseitig wirkende Gewichtskraft der Glocken. Die Hebung einer Glocke durch den Anker erfolgt stets in dem Augenblick, in dem die andere Glocke vom Anker frei ist, also entgegen seiner vollen Gewichtskraft. Die hohe Druckbelastung verkürzt die Lebensdauer des Gangrads und zwingt zu regelmäßiger Reinigung und Wartung der Reibflächen. Ferner ist nachteilig, dass die Lage der verlängerten Kontaktwege bei Abschwung nicht frei wählbar und einstellbar sind, da das Wirkprinzip vorgibt, dass die Glocken einen ausreichenden Abstand zu den Spießen haben (wenn das Pendel in Ruhe ist). Nur so wird erreicht, dass beim Heben einer Glocke die andere Glocke „frei“ fallen kann und nicht auf dem Spieß aufsetzt. Der verlängerte Kontaktweg liegt bei dieser Hemmung deshalb nicht symmetrisch zur Lotachse, sondern befindet sich im Bereich des Abschwungs, deutlich von der Lotachse entfernt. Physikalisch vorteilhaft ist aber die Lage des verlängerten Kontaktwegs in der Nähe der Lotachse.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 051 292 A1 wird eine Vorrichtung einer freien Schwerkrafthemmung beschrieben, bei der dem Pendel keine Energie zum Öffnen der Hemmung entzogen wird. Bei dieser Hemmung erfolgt die Energiezufuhr in selber Weise wie eingangs beschrieben, durch zwei Gewichtelemente, die als Gewichthebel ausgeführt sind. Das Pendel ist an den Pendelfedern und die beiden Gewichthebel sind jeweils an den Gewichthebelfedern schwingbar befestigt, die so ausgestaltet sind, dass sie um dieselbe Schwingachse schwingen. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine schädlichen Gleitreibungen an den Kontaktstellen zwischen dem Pendel und den Gewichthebeln auftreten, die unkontrollierte Energieverluste bewirken. Das Öffnen der Hemmung erfolgt dadurch, dass abwechselnd die Gewichthebel vom Pendel angehoben werden und hierdurch die Stützhebel freigegeben werden, wodurch die Stützhebel und die Schaltradwellen mit Freischnitten schwenken und so die Hemmungsnocken freigeben, wodurch die Schalträder des Räderwerks der Pendeluhr wechselweise geöffnet werden.
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Der Energieverbrauch des Pendels zum Hebel der Gewichthebel beim Aufschwung ist alleinig von der Ausgestaltung der Gewichthebel abhängig und gänzlich unabhängig vom Mechanismus der Stützhebel. Die Gewichthebel ruhen zwar bis zum Heben durch das Pendel auf den Stützhebeln, jedoch wird zum Schwenken der Stützhebel dem Pendel hierfür keine Energie entzogen. Ein Abheben der Gewichthebel reicht aus, um deren Freigabe zu bewirken.
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Nachteilig bei diesem Stand der Technik sind jedoch der hohe mechanische Aufwand und die angewendeten Wirkprinzipien, die zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegen Verschleiß und einem erhöhten Wartungsaufwand im jahrelangen Betrieb führen. Gegenüber dem erstgenannten Stand der Technik erhöht sich die Anzahl der Bauteile der Hemmung signifikant. Zwei Schalträder mit zwei Schaltradlagerungen, zwei Stützhebel mit zwei Schaltradwellen mit zwei Freischnitten, zwei Stützhebellagerungen und vier Stützhebelanschlägen, zwei Hemmungsnocken, zwei Rückholnocken, zwei Wippennocken, eine Wippe mit zwei Wippenfedern, zwei Hebestifte und einer Wippenlagerung und zwei Gewichthebel mit zwei Anschlägen und mit den Gewichthebellagerungen sind bei dieser komplizierten Vorrichtung notwendig. Die Hebung der Gewichthebel erfolgt über die Hebestifte in der Wippe, die von den Wippennocken zeitweise bewegt werden. Die Stützhebel werden zeitweise von den Rückholnocken bewegt. Zwischen sämtlichen Nocken und den jeweiligen Bewegungspartnern tritt eine ständige Gleitreibung auf, die allerhöchste Anforderungen an eine dauerhaft wirksame Schmierung stellt. Die Alterung der Schmiermittel stellt im jahrelangen Dauerbetrieb eine chronische Schwachstelle des Verschleißes und des Ausfalls dar, der nur mit einer regelmäßigen Wartung begegnet werden kann. Insoweit offenbart die Erfindung ein kluges Wirkprinzip für die Auslösung der Hemmung einzig durch das Anheben der Gewichthebel durch das Pendel, jedoch mit dem Kompromiss, einen deutlich höheren Aufwand bei Mechanik und Wartung in Kauf zu nehmen zu müssen.
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Aus der
DE 10 2019 008 008 B3 ist eine Schwerkrafthemmung mit zwei Gewichtelementen 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. Die Gewichtelemente sind als Gewichthebel ausgeführt.
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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, in dem 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 hat den Vorteil, einfach zu sein und einen dauerhaft wartungsarmen Betrieb zu ermöglichen, wobei dem Pendel zum Öffnen des Gangrads keine Energie entzogen wird. 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. Dies ist nachteilig. 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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Aus der
DE 10 2020 000 652 B3 ist eine Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln und Gangrad bekannt, deren Gangrad von den Paletten eines Ruhebalkens geöffnet und geschlossen wird. Ferner ist eine Wippe vorgesehen, die vom Gangrad wechselweise in eine gegenläufige Schräglage gebracht wird. Von der Wippe werden links- und rechtsseitig zwei Zeitglieder getragen, die auf ihr rollbar sind. Die Hebung der Gewichthebel erfolgt durch die Zeitglieder in dem Moment, in dem die Wippe kippt.
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Mit dem Aufschwung des Pendels werden die Gewichthebel mitgenommen und geben so die Zeitglieder frei, wodurch sie sich, von der Schwerkraft getrieben, der Schräglage folgend, fortbewegen und hierdurch den Ruhebalken zum Öffnen des Gangrads schwenken.
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Vorteilhaft an diesem Stand der Technik ist, dass dem Pendel keine Energie zum Öffnen des Gangrads entzogen wird. Die Freigabe der unterhalb der Gewichthebel liegenden Zeitglieder entzieht dem Pendel keine Energie. Jedoch stellt das Ineinandergreifen der fünf beweglichen Bauteile Gangrad, Ruhebalken, Zeitglieder und Wippe höchste Ansprüche an die Genauigkeit der Bauteile und die Fertigkeiten bei der Montage, so dass die industrielle Anwendbarkeit begrenzt ist.
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Um sich die hohe Empfindlichkeit der zuvor beschriebenen Systeme 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. 80 mm zurück, also insgesamt rund 6.912 m. Eine Gangabweichung von z. B. 0,005 Sekunden täglich bedeutet bezogen auf den zurückgelegten Weg, einen Wegfehler von 0,4 mm, dies entspricht einem Fehler von 0,0000058 %. Weitere Steigerungen der Ganggenauigkeit erfordern folglich Wirkprinzipien höchster Qualität und Konstanz über Jahre.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und über Jahre zuverlässige, wartungsarme Hemmung zu schaffen, bei der die Öffnung des Gangrads durch die Paletten vom Pendel vollständig isoliert ist. 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 Gewichtelemente bzw. -hebel, zwei Zeitglieder, einen Anker mit Ankerpaletten und Ankerbahn und ein Gangrad. Die Abläufe der Schwerkrafthemmung werden im Zusammenwirken mit einem Pendel von dessen Schwingen bestimmt.
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Die Gewichtelemente bzw. -hebel stehen zeit- und wechselweise mit dem Pendel in Kontakt und nehmen an dessen Aufschwung und Abschwung teil. Die Ankerpaletten des Ankers greifen zeit- und wechselweise in das Gangrad ein und dienen seiner Öffnung und Schließung, wobei die Ankerbahn durch dessen schrittweise Drehung wechselweise in eine links- und rechtsseitige Schräglage zur Lotachse gekippt wird.
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Ein rechtsseitiges Zeitglied und ein linksseitiges Zeitglied werden von der Ankerbahn getragen und bei dessen Kippen wechselweise gehoben, wodurch von den Zeitgliedern wechselweise die jeweiligen Gewichtelemente bzw. -hebel gehoben werden. Ferner dienen die Zeitglieder durch ihre Verlagerung auf der Ankerbahn dem Öffnen des Gangrads durch den Anker.
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Die Achse des Gangrads schneidet die Lotachse des Pendels und steht senkrecht auf der Schwingebene des Pendels. Das Gangrad weist Ruheflächen und Hebeflächen auf. Das Pendel schwingt um eine Schwingachse. Als geeignete Lagerungen für das Pendel haben sich Schneidenlagerungen oder Schwingfedern erwiesen.
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Sehr gute Ganggenauigkeiten werden durch Schneidenlagerungen erreicht, bei denen das Pendel, auf scharfen Schneiden schwingend, auf einer harten Oberfläche abwälzt. Welche Art von Lagerung für Pendel verwendet wird, kann im Sinne der Erfindung als äquivalent angesehen werden.
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Bei Schwerkrafthemmungen mit Gewichtelementen sind die Gewichtelemente entlang des Kontaktwegs mit dem Pendel einzig mit dem Pendel in Kontakt und damit frei von anderen Bauteilen.
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Bei Schwerkrafthemmungen mit Gewichthebeln erfolgt die Lagerung der Gewichthebel derart, dass seine Schwingachse sich mit der Schwingachse des Pendels deckt. Hierdurch wird sichergestellt, dass im Kontaktpunkt von Pendel und Gewichthebel keine Reibungen auftreten, die einen undefinierten Energieverbrauch am Pendel bewirken würden.
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Die Gewichtelemente bzw. 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. Die Funktionen der rechtsseitigen Bauteile der Hemmung entsprechen denen der gleichartigen linksseitigen Bauteile.
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Die wechselweise von den Zeitgliedern gehobenen Gewichtelemente bzw. -hebel werden vom Pendel bei dessen Aufschwung mitgenommen. Die wechselweise Hebung der Zeitglieder erfolgt wiederum durch das Kippen der Ankerbahn in die Schräglagen. Der Kontakt zwischen den Gewichtelementen bzw. -hebel und den Zeitgliedern führt für einen kurzen Moment zur Klemmung der Zeitglieder. Mit dem Einsetzen des Aufschwungs der Gewichtelemente bzw. -hebel durch das Pendel werden die Zeitglieder wieder freigegeben und bewegen sich auf der schrägstehenden Ankerbahn, von der Schwerkraft getrieben, fort. Da zeitweise nur ein Zeitglied freigegeben wird und sich in Bewegung setzt, während sich das andere Zeitglied in Ruhe befindet, wächst das Drehmoment am Anker um seine Schwingachse durch die auf die Ankerbahn asymmetrisch wirkenden Gewichtskräfte der Zeitglieder derart an, dass die Kräfte zum Öffnen des Gangrads durch die Ankerpaletten überschritten werden und hierdurch das Gangrad öffnet.
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Mit dem Drehen des Gangrads werden von seinen Hebeflächen die Ankerpaletten verlagert und kippen den Anker und damit die Ankerbahn in eine gegenläufige Schräglage. Das Gangrad stoppt erneut durch den Kontakt einer Ruhefläche mit der Ankerpalette. Nach dem Erreichen der Totpunkte des Pendels treiben wechselweise die Gewichtelemente bzw. - hebel das Pendel bei seinem Abschwung solange, bis die Gewichtelemente bzw. -hebel von ortsfesten Platinenspießen gestoppt werden und das Pendel frei weiterschwingt. Das Maß der Hebung der Gewichtelemente bzw. -hebel durch die Zeitglieder entspricht der Verkürzung der Kontaktwege beim Aufschwung gegenüber den Kontaktwegen beim Abschwung und bestimmt so die Größe der Energiezufuhr auf das Pendel.
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Der gesamte Funktionsablauf der Zeitglieder und des Ankers ist vom Pendel vollständig isoliert. Das Heben der Gewichtelemente bzw. -hebel durch das Pendel löst den immer wiederkehrenden Funktionsablauf von Zeitgliedern, Anker und Gangrad aus, ohne dass dem Pendel hierfür Energie entzogen wird. Im Kontakt des Pendels mit seiner Umgebung wird nur durch das Heben der Gewichtelemente bzw. -hebel beim Aufschwung und durch minimale Luft- und Lagerreibung Energie entzogen, die mit dem verlängerten Kontaktweg der Gewichtelemente bzw. -hebel 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 Gewichtelementen bzw. -hebeln 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 Gewichtelement bzw. -hebel getrieben, bis dieses auf einen ortsfesten Platinenspieß auftrifft und den Kontakt zum Pendel verliert.
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Auf dem Weg des Aufschwungs zum linken Totpunkt nimmt das Pendel das bereits vom linken Zeitglied gehobene linke Gewichtelement bzw. -hebel mit und löst dadurch seinen Kontakt zum Zeitglied. Das auf der Ankerbahn ruhende, linke Zeitglied beschleunigt nun, von der Schwerkraft getrieben, und rollt geführt von der Ankerbahn in Richtung der Lotachse, bis es auf den linken Platinenbügel trifft. Die Verlagerung des linken Zeitglieds reduziert hierdurch sein Drehmoment am Anker, denn der Hebelarm der Gewichtskraft des Zeitglieds auf der Ankerbahn verkürzt sich hierdurch. Die Öffnung des Gangrads durch die rechte Ankerpalette erfolgt in dem Moment, in dem das Drehmoment am Anker die Haltekräfte zwischen Ankerpalette und Gangrad überschreitet. Durch das Erreichen einer Ruhefläche stoppt wenig später die linke Ankerpalette die Drehbewegung des Gangrads. Durch die schrittweise Drehung des Gangrads kippt der Anker und damit die Ankerbahn von ihrer linksseitigen Schräglage (linke Seite zeigt nach oben) in die rechtsseitige Schräglage (rechte Seite zeigt nach oben). Das linke Zeitglied rollt nun wieder entlang der Ankerbahn nach links, während das rechte Zeitglied gehoben wird und hierdurch das rechte Gewichtelement bzw. -hebel hebt. Die Auflagekraft des rechten Gewichtelements bzw. -hebels reicht aus, um ein Herabrollen des rechten Zeitglieds auf der schrägen Ankerbahn 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 Platinenspieß trifft. Beim Aufschwung nach rechts nimmt das Pendel das rechte Gewichtelement bzw. -hebel mit und gibt hierdurch das rechte Zeitglied frei, das nun beginnt, von der Schwerkraft getrieben, auf der Ankerbahn in Richtung der Lotachse zu rollen. Die Öffnung des Gangrads erfolgt durch die Verlagerung der linken Ankerpalette durch das Schwenken des Ankers, getrieben vom rechten Zeitglied. Die einsetzende Drehung des Gangrads führt zum erneuten Kippen des Ankers und damit der Ankerbahn, wodurch das linke Zeitglied gehoben wird und hierdurch das linke Gewichtelement bzw. -hebel hebt, sowie das rechte Zeitglied wieder nach rechts rollt. Nach Erreichen des rechten Totpunkts und dem Abschwung zur Lotachse verbleiben Anker und die Zeitglieder kurz in Ruhe. Mit dem Beginn des Aufschwungs des Pendels nach links schließt sich der immer wiederkehrende Schwingungszyklus.
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Bei der Anwendung der Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gewichthebel auf zwei Gewichthebelspießen ruhen, die sich auf Gewichthebelpfannen abstützen, wobei sich die Schwingachse der Gewichthebel mit der Schwingachse des Pendels deckt. Die Lagerung der Gewichthebel auf Gewichthebelspießen ist vorteilhaft, da sie eine praktisch kaum mehr messbare, geringe Reibung hat und deshalb auf eine Lagerschmierung verzichtet werden kann. Ein jahrzehntelanger langer Betrieb ohne Wartung ist problemlos möglich.
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Bei der Anwendung bei Schwerkrafthemmungen mit Gewichtelementen, die entlang des Kontaktwegs mit dem Pendel frei sind, also keinen Kontakt zu anderen Bauteilen haben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Gewichtelemente stets auf drei Kontaktpunkten, die ein Dreieck aufspannen, getragen werden, wobei sich der Schwerpunkt des Gewichtelements innerhalb des Dreiecks befindet. Hierdurch wird erreicht, dass ein Gewichtelement immer sicher aufliegt und seine geometrische Lage eindeutig definiert ist. Zeitweise, in Abhängigkeit des Schwingungszyklus, wird ein Gewichtelement so von drei Platinenspießen, oder drei Pendelspießen, oder einem Zeitglied und zwei Ankerspießen getragen. Die Hebung der Gewichtelemente vor der Übernahme durch das Pendel erfolgt von je einem Zeitglied und zwei Ankerspießen, die fest an der Ankerbahn montiert sind.
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Eine weitere, erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das einzelne, mehrere oder sämtliche Spieße (Pendelspieße, Platinenspieße, Ankerspieße) in Achsrichtung einstellbar sind, wodurch eine Einstellbarkeit der Übergabeorte der Gewichtelemente bzw. -hebel erreicht wird, und damit die Länge und Lage des verlängerten Kontaktweges von Pendel und Gewichtelementen bzw. -hebeln einstellbar ist. Letztlich wird hierdurch das Maß der Energiezufuhr auf das Pendel einstellbar.
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Ein herausragender erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, dass der Winkelbereich, in dem die Energiezufuhr der Gewichtelemente bzw. -hebel 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°).
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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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Als besonders vorteilhaft haben sich Ankerbahnen erwiesen, die aus zwei parallel verlaufenden Stäben bestehen. Stäbe mit höchster Geradheit und Oberflächengüte aus extrem harten Stoffen wie Keramik oder Hartmetall sind preiswert verfügbar und bieten den idealen und verschleißfreien Kontaktpartner für kugelförmige Zeitglieder.
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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 Gewichthebeln und Pendel in räumlicher Ansicht.
- 2 Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebel, Pendel und Skala in frontaler Ansicht.
- 3a, 3b Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln und Pendel in seitlicher und frontaler Ansicht.
- 4a, 4b, 4c Vereinfachte Ansicht mit Gewichthebeln und Platine in räumlicher, frontaler und seitlicher Ansicht.
- 5a, 5b Vereinfachte Ansicht mit Pendel und Platine in räumlicher und frontaler Ansicht.
- 6a, 6b, 6c Vereinfache Ansicht mit Anker, Gangrad und Platine in räumlicher, frontaler und seitlicher Ansicht.
- 7a, 7b Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln mit Details in frontaler Ansicht mit einem nach links schwingendem Pendel bei einer Pendelposition auf der Lotachse bei 0°.
- 8a, 8b Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln mit Details in frontaler Ansicht mit einem nach links schwingendem Pendel bei einer Pendelposition von 0,2°.
- 9a, 9b Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln mit Details in frontaler Ansicht mit einem nach links schwingendem Pendel bei einer Pendelposition von 0,5°.
- 10a, 10b Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln mit Details in frontaler Ansicht mit einem nach links schwingendem Pendel bei einer Pendelposition von 1°.
- 11a, 11b Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln mit Details in frontaler Ansicht bei einer Pendelposition am linken Totpunkt.
- 12a, 12b Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln mit Details in frontaler Ansicht mit einem nach rechts schwingendem Pendel bei einer Pendelposition auf der Lotachse bei 0°.
- 13a, 13b Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichthebeln mit Details in frontaler Ansicht mit einer Pendelposition am rechten Totpunkt.
- 14 Diagrammblatt eines Pendels mit einer Schwingweite von insgesamt 1,4° (±0,7°).
- 15a Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichtelementen und Pendel in räumlicher Ansicht.
- 15b, 15c Freie Schwerkrafthemmung mit Gewichtelementen und Pendel in frontaler Ansicht und Draufsicht.
- 16a, 16b Vereinfachte Ansicht mit Pendel und Platine in räumlicher und seitlicher Ansicht.
- 17a, 17b Vereinfachte Ansicht mit Anker, Gangrad und Platine in räumlicher und seitlicher Ansicht.
- 18a, 18b Vereinfache Ansicht mit Gewichtelementen und Platine in räumlicher und seitlicher Ansicht.
- 19 Gewichtelement in einer Ansicht auf seine Unterseite.
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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 und mit dem Gangrad 40.
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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 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 42 mit Ruheflächen 43 und einem Heberad 44 mit Hebeflächen 45. Diese Räder sind fest mit einer drehbar gelagerten Gangradwelle 41 verbunden, auf der auch das Zahnrad 47 und der Sekundenzeiger 46 sitzen. Das Zahnrad 47 wird vom Räderwerk angetrieben. Das Räderwerk und die Lagerung der Gangradwelle 41 sind zur besseren Übersichtlichkeit ausgeblendet.
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Das Pendel 1 ist nur teilweise sichtbar, wobei die Pendelstange 2 mit seinem Pendelbolzen 4 im Pendelkopf 5 ruht. Der Pendelkopf 5 ist über nicht sichtbare Pendelschneiden in Pendelpfannen 9 schwingbar gelagert. Das Pendelgewicht ist in dieser Figur nicht sichtbar. An den Enden der Pendelarme 6 sind Pendelspieße 8 eingeschraubt. Um einen Kontakt der Pendelspieße 8 mit der Platine 15 zu vermeiden, ist die Platine 15 mit Aussparungen versehen.
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Der Anker mit dem Ankerarm 21 greift über die Ankerpaletten 22 in das Gangrad 40 ein. Der Ankerarm 21 ist über das Ankergelenk 24 im Ankerbock 25 schwenkbar gelagert. Der Ankerbock 25 ist seinerseits fest mit der Platine 15 verbunden. Im unteren Bereich des Ankers ist die zu beiden Seiten der Lotachse symmetrisch verlaufende Ankerbahn 23 montiert. Die Ankerbahn 23 besteht aus zwei parallel zueinander verlaufenden Stäben, die linksseitig das Zeitglied 30 und rechtsseitig das Zeitglied 31 tragen und führen.
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Die Rollbewegung der Zeitglieder 30, 31 entlang der Ankerbahn 23 wird durch die Platinenstifte 17 und die Platinenbügel 18 begrenzt. Ferner sind in der Platine 15 zwei verstellbare Platinenspieße 16 eingeschraubt.
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Die Gewichthebel 60, 61 stützen sich auf je zwei Gewichthebelspießen 62 ab, die in der Gewichthebelpfanne 63 schwenkbar gelagert sind. Die nur teilweise dargestellte Schwingachse 70 ist die gemeinsame Schwingachse für die beiden Gewichthebel 60, 61 und das Pendel 1.
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Die schrittweise Drehung des Gangrads 40 führt zum wechselweisen Kippen des Ankers in eine leichte Schräglage, wodurch die wechselweise Hebung der Zeitglieder 30, 31 erfolgt. Die Schräglage des Ankers bleibt in der Ruhelage des Gangrads 40 erhalten. Von den Zeitgliedern 30, 31 werden so wechselweise die Gewichthebel 60, 61 angehoben.
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Das aufschwingende Pendel 1 übernimmt wechselweise den von den Zeitgliedern 30, 31 gehobenen Gewichthebel 60, 61 mit seinen Pendelspießen 8, wodurch die Zeitglieder 30, 31 freigegeben werden und, von der Schwerkraft getrieben, entlang der Ankerbahn 23 in Richtung des Ankerbocks 25 rollen. Der Anker öffnet das Gangrad 40, nachdem das Ungleichgewicht der Hebelkräfte der Zeitglieder 30, 31 auf den Anker so groß geworden ist, dass die Kraft zum Öffnen des Gangrads 40 durch die Ankerpaletten 22 überschritten wird.
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Figur 2
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2 zeigt die Hemmung 100, das Gangrad 40 und das Pendel 1 in Vorderansicht, wobei die Pendelstange 2 unterbrochen dargestellt ist.
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Das Pendel 1 befindet sich in Ruhe auf der Lotachse 71. Am unteren Ende der Pendelstange 2 befindet sich das Pendelgewicht 3, das an seinem unteren Ende die Pendelspitze 11 trägt. Zum einfachen Ablesen des Pendelausschlags zeigt die Pendelspitze 11 auf eine ortsfeste Skala 50, die eine Winkelskalierung aufweist. Das Pendel 1 ruht auf einer nicht sichtbaren Schneidenlagerung. Die Platine 15 trägt die Schneidenlagerung und auch Teile der Hemmung 100.
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Die Drehachse des Gangrads 40 schneidet mit der Lotachse 71 und steht senkrecht auf dieser.
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Figur 3a
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3a stellt die Hemmung 100, das Gangrad 40 und Teile des Pendels 1 in einer Seitenansicht dar.
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Nicht alle bereits aus den zuvor offenbarten Figuren beschriebenen Bauteile werden hier und in den nachfolgenden Figuren erneut beschrieben, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
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Im Pendelkopf 5 sind zwei Pendelschneiden 7 montiert, die in den Pendelpfannen 9 um dieselbe Schwingachse 70 schwingbar gelagert sind. Der in dieser Ansicht sichtbare rechte Pendelarm 6 kragt bis zur Hemmung 100 aus.
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Der Gewichthebel 61 ruht auf den Gewichthebelspießen 62, die um dieselbe Schwingachse 70 wie das Pendel schwenkbar gelagert sind.
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Die in das Ruherad 43 und das Heberad 44 eingreifende Ankerpalette 22 wird vom Ankerarm 21 gehalten.
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Figur 3b
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3b stellt die Hemmung 100, das Gangrad 40 und Teile des Pendels in der Vorderansicht dar.
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Vom Pendel sind Pendelkopf 5, Pendelstange 2 und die Pendelarme 6 mit den Pendelspießen 8 sichtbar. Die Pendelspieße 8 durchdringen die Platine 15, ohne sie zu berühren. Am unteren Ende der Pendelspieße 8 ist ein Kopf ausgebildet, der eine gute Griffigkeit hat und ein sicheres axiales Einstellen ermöglicht. Die benachbarten Platinenspieße 16 sind baugleich zu diesen ausgeführt.
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Die Ankerbahn 23 trägt die beiden Zeitglieder 30, 31. Kaum sichtbar nimmt die Ankerbahn 23 eine leichte Schräglage ein, bei der das linke Zeitglied 30 gehoben ist und mit dem Gewichthebel 60 in Kontakt steht und das rechte Zeitglied 31 eine untere Lage einnimmt, in der kein Kontakt zum Gewichthebel 61 besteht. Der Gewichthebel 61 stützt sich auf dem Pendelspieß 8 ab.
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Das Gangrad 40 wird von der rechten Ankerpalette 22 geschlossen.
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Figur 4a
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4a zeigt in räumlicher Ansicht Bauteile der Gewichthebel und der Platine.
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Die Reduzierung der Darstellungen auf nur wenige Bauteile in dieser Schutzschrift dient dazu, den Aufbau der Erfindung einfacher zu überblicken, da die hohe Bauteildichte sonst dazu führt, dass Bauteile und Teile von anderen Bauteilen optisch verdeckt werden.
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Die Gewichthebel 60, 61 sind schwenkbar auf den Gewichthebelspießen 62 gelagert und ruhen auf den Platinenspießen 16. Die Gewichthebelpfanne 63 ist fest mit der Platine 15 verbunden und nimmt in spitz zulaufenden Pfannen die Gewichthebelspieße 62 auf. Die Kontaktpunkte bilden jeweils ein Dreieck aus, so dass die Gewichthebel in einer stabilen Lage ruhen, ohne dass ein Kippeln möglich wäre. Fest mit der Platine 15 montiert sind die Platinenstifte 17 und die Platinenbügel 18, die der Begrenzung der Rollbewegung der nicht dargestellten Zeitglieder dienen.
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Die Platine 15 hat Aussparungen 19, durch die Bauteile des Pendels greifen, ohne zur Platine 15 Kontakt zu haben.
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Figur 4b
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4b zeigt die Vorderansicht der 4a. Gut sichtbar ist die symmetrische Anordnung der Bauteile.
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Die Platinenspieße 16 stehen über eine Punktberührung mit den Gewichthebeln 60, 61 in Kontakt.
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Figur 4c
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4c zeigt eine Seitenansicht der 4a. Die hier ergänzten Pendelpfannen 9 sind fest auf der Platine 15 montiert und mittig geschnitten dargestellt, so dass der Pfannengrund sichtbar ist.
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In diesem Pfannengrund verläuft die Schwingachse 70, die auch durch den Pfannengrund der Gewichthebelpfannen 63 verläuft, die, ebenso mittig geschnitten, dargestellt sind.
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Figur 5a
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5a zeigt in räumlicher Ansicht Bauteile des Pendels und der Platine.
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Der Pendelkopf 5 ruht, schwingbar über die Pendelschneiden 7, in den Pendelpfannen 9. Die zur linken und rechten Seite auskragenden Pendelarme 6 tragen die Pendelspieße 8. Die Pendelspieße 8 und die Pendelstange 2 durchdringen die Platine 15, ohne diese zu berühren, da Platinenaussparungen 19 vorgesehen sind.
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Figur 5b
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5b zeigt die Vorderansicht der 5a.
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Von der Unterseite der Platine 15 sind die Pendelspieße 8 gut erreichbar und können von hier aus einfach eingestellt werden. Bezogen auf die Lotachse 71 ist das Pendel vollständig symmetrisch ausgeführt.
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Figur 6a
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6a zeigt in räumlicher Ansicht den Anker 20, die Zeitglieder 30, 31 und Bauteile der Platine 15.
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Der Anker 20 besteht aus dem Ankerarm 21, den Ankerpaletten 22, der Ankerbahn 23, dem Ankergelenk 24 und dem Ankerbock 25. Der Ankerarm 21 ist schwenkbar über das Ankergelenk 24 im Ankerbock 25 gelagert.
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Von der Ankerbahn 23 werden die beiden Zeitglieder 30, 31 getragen und geführt. Die Rollbewegung der Zeitglieder 30, 31 wird durch die Platinenstifte 17 und die Platinenbügel 18 begrenzt.
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Figur 6b
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6b zeigt die Vorderansicht der 6a.
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Die Ankerbahn 23 liegt auf einer Horizontalen, die im Betrieb der Pendeluhr nicht vorkommt. Die Zeitglieder 30, 31 werden von der Ankerbahn 23 getragen und liegen an den Platinenstiften 17 an.
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Figur 6c
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6b zeigt eine Seitenansicht der 6a.
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Die Ankerpaletten 22 greifen in das Ruherad 42 und das Heberad 44 des Gangrads 40 ein. Das rechte Zeitglied 31 wird von der Ankerbahn 23 getragen und liegt am Platinenstift 17 an.
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Figuren 7a bis 13b
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Die 7a bis 13a zeigen die Hemmung, das Gangrad und den oberen Teil des Pendels in der Vorderansicht sowie vergrößerte Details hieraus. In der linken oberen Detailansicht wird der Bereich der linken oberen Ankerpalette 22 in dreifacher Vergrößerung gezeigt, rechts oben entsprechend. In der linken unteren Detailansicht wird der Bereich um das Zeitglied 30 in doppelter Vergrößerung gezeigt, rechts unten mit dem Zeitglied 31 entsprechend. Die 7b bis 13b zeigen den unteren Teil des Pendels und der Skala, verkleinert dargestellt.
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Die 7 bis 13 unterscheiden sich durch unterschiedliche Positionen und Schwingrichtungen des Pendels, die zur Erläuterung der Abläufe der Pendeluhr entlang des Schwingungszyklus dienen.
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Figur 7a und Figur 7b
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Das Pendel schwingt nach links und befindet sich gerade auf der Lotachse 71 bei 0°, es geht nun in den Aufschwung 81 über.
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Die rechte Ankerpalette 22 stützt sich gegen das Ruherad 42 ab, wodurch die Ankerbahn 23 so gekippt steht, dass sein rechtes Ende nach unten und sein linkes Ende nach oben zeigt.
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Das Zeitglied 30 hat, von der Ankerbahn 23 gehoben, den Gewichthebel 60 über die Kontaktstelle 90 gehoben. Der Pendelspieß 8 und der Platinenspieß 16 haben auf der linken Seite eine offene Kontaktstelle 91 zum Gewichthebel 60. Der Gewichthebel 61 treibt an der Kontaktstelle 90 über den Pendelspieß 8 das Pendel an. Zum Zeitglied 31 und dem rechten Platinenspieß 16 hat der Gewichthebel 61 eine offene Kontaktstelle 91.
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Figur 8a und Figur 8b
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Das Pendel schwingt nach links auf und befindet sich gerade bei einem Winkel von 0,2° (bezogen auf die Lotachse).
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Unverändert zur 7 steht das Gangrad in Ruhe. Der linke Pendelspieß 8 hat bei dieser Pendelstellung gerade den Kontakt 90 zum Gewichthebel 60 und übernimmt diesen zum Aufschwung. Das Zeitglied 30 hat gerade noch Kontakt 90 zum Gewichthebel 60. Wenig später löst sich der Kontakt zwischen Gewichthebel 60 und Zeitglied 30, das Zeitglied 30 wird freigegeben. Auf der rechten Seite übernimmt der Platinenspieß 16 gerade an Kontakt 90 den Gewichthebel 61, der gerade noch mit dem Pendelspieß 8 in Kontakt 90 steht.
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Bei dieser Pendelstellung erfolgt also auf der im Aufschwung befindlichen Seite die Übergabe des Gewichthebels 60 vom Zeitglied 30 auf den Pendelspieß 8 und auf der abschwingenden Seite die Übergabe des Gewichthebels 61 vom Pendelspieß 8 auf den Platinenspieß 16. In diesem Moment beginnt durch die Freigabe des Zeitglieds 30 sein Rollen entlang der Ankerbahn 23.
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Figur 9a und Figur 9b
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Das Pendel schwingt nach links auf und befindet sich gerade bei einem Winkel von 0,5° (bezogen auf die Lotachse).
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Unverändert zur 7 und 8 steht das Gangrad in Ruhe. Das Zeitglied 30 befindet sich in der Rollbewegung 83 und hat sich bereits vom Platinenstift 17 entfernt, zum Gewichthebel 60 besteht die offene Kontaktstelle 91. Der linke Pendelspieß 8 hebt den Gewichthebel 60 durch seinen Aufschwung.
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Auf der rechten Seite ruht der Gewichthebel 61 auf dem Platinenspieß 16, er hat eine offene Kontaktstelle 91 zum Zeitglied 31 und dem rechten Pendelspieß 8.
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Figur 10a und Figur 10b
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Das Pendel schwingt nach links auf und befindet sich gerade bei einem Winkel von 1° (bezogen auf die Lotachse).
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Das linke Zeitglied 30 befindet sich in der Rollbewegung 83 und hat sich bereits weit vom Platinenstift 17 fortbewegt. Das Zeitglied 31 ruht weiter am Platinenstift 17. Durch die auf die Ankerbahn 23 ausgeübten Schwerkräfte der beiden Zeitglieder 30, 31 wächst hierdurch das Drehmoment des Ankers um das Ankergelenk so stark an, dass die Öffnungskräfte an der Ankerpalette 22 die Haltekräfte zwischen Ankerpalette 22 und Ruherad 42 überschreiten und das Gangrad öffnen.
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Das Gangrad wurde gerade von der rechten Ankerpalette 22 geöffnet, wodurch die Ankerbahn 23 ihre maximale Schrägstellung erreicht. Die linke Ankerpalette 22 tritt gerade in Kontakt 90 mit dem Heberad 44. Die Hebung beginnt in diesem Moment durch die Drehung des Gangrads im Uhrzeigersinn.
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Figur 11a und Figur 11b
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Das Pendel befindet sich gerade bei einem Winkel von 1,5° (bezogen auf die Lotachse) an seinem linken Totpunkt und geht sodann in den Abschwung 80 über.
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Das Gangrad wurde von der linken Ankerpalette 22 über den Kontakt 90 zum Ruherad 42 gestoppt und steht in Ruhe. Der Gewichthebel 60 hat durch die Hebung über den Kontakt 90 zum linken Pendelspieß 8 seine maximale Hebung erreicht. Das Zeitglied 30 liegt am Platinenbügel 18 an. Der Anker wurde gegenüber den vorigen 7 bis 10 in eine Schräglage gebracht, bei der die Ankerbahn 23 nun auf ihrer linken Seite nach unten und auf der rechten Seite nach oben verläuft. Hierdurch wurde das Zeitglied 31 gehoben und von diesem über den Kontakt 90 auch der Gewichthebel 61. Das linke Zeitglied 30 beginnt nun seine Rollbewegung 83 in Richtung nach links.
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Figur 12a und Figur 12b
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Das Pendel schwingt nach rechts und befindet sich gerade auf der Lotachse 71 bei 0°, es geht nun in den Aufschwung 81 über.
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Die linke Ankerpalette 22 stützt sich gegen das Ruherad 42 ab, das Gangrad steht in Ruhe. Der Gewichthebel 60 treibt das Pendel über den Pendelspieß 8 an, er hat eine offene Kontaktstelle 91 zum linken Platinenspieß 16 und dem Zeitglied 30. Der Gewichthebel 61 ruht weiter über den Kontakt 90 auf dem Zeitglied 31 und hat eine offene Kontaktstelle 91 zum rechten Platinenspieß 16 und dem rechten Pendelspieß 8.
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Figur 13a und Figur 13b
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Das Pendel befindet sich gerade bei einem Winkel von -1,5° (bezogen auf die Lotachse) an seinem rechten Totpunkt und geht sodann in den Abschwung 80 über.
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Analog zu den 8 bis 10 haben sich bereits bei -0,2°, bei -0,5° und bei -1° die beschriebenen Vorgänge der Übergabe der Gewichthebel 60,61 und das Öffnen und Schließen des Gangrads vollzogen.
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Das Gangrad wurde von der rechten Ankerpalette 22 über den Kontakt 90 zum Ruherad 42 gestoppt und steht in Ruhe. Der Gewichthebel 61 hat durch die Hebung über den Kontakt 90 zum rechten Pendelspieß 8 seine maximale Hebung erreicht. Das Zeitglied 31 liegt noch am Platinenbügel 18 an. Der Anker wurde wie in 7 in eine Schräglage gebracht, bei der die Ankerbahn 23 nun auf der rechten Seite nach unten und auf der linken Seite nach oben verläuft. Hierdurch wurde das Zeitglied 30 gehoben und von diesem über den Kontakt 90 auch der Gewichthebel 60. Das Zeitglied 31 beginnt nun seine Rollbewegung 83 in Richtung rechts.
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Mit dem Abschwung 80 vollzieht sich mit dem Erreichen des Pendels auf der Lotachse der komplette Schwingungszyklus, der sich unaufhörlich wiederholt.
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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 7 bis 13 beschrieben, bei dem die Totpunkte des Pendels bei ±1,5° liegen.
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Ein weiteres, unter dem oberen Diagramm liegendes Diagramm, zeigt den Kurvenverlauf eines 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 Platinenspieß 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 eines 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 Gewichthebel 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 Voraussetzung für Isochronismus ist.
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Figur 15a
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15 zeigt eine Hemmung 100 mit Teilen eines Pendels 1 und mit dem Gangrad 40.
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Der Anker mit dem Ankerarm 21 greift über die Ankerpaletten 22 in das Gangrad 40 ein. Der Ankerarm 21 ist über das Ankergelenk 24 im Ankerbock 25 schwenkbar gelagert. Der Ankerbock 25 ist seinerseits fest mit der Platine 15 verbunden. Im unteren Bereich des Ankers ist die zu beiden Seiten der Lotachse symmetrisch verlaufende Ankerbahn 23 montiert. Die Ankerbahn 23 besteht aus zwei parallel zueinander verlaufenden Stäben, die linksseitig das Zeitglied 30 und rechtsseitig das Zeitglied 31 tragen und führen. An der Ankerbahn 23 sind links- und rechtsseitig Ankerspießhalter 27 befestigt, in die je zwei Ankerspieße 26 geschraubt sind. Die Rollbewegung der Zeitglieder 30, 31 entlang der Ankerbahn 23 wird durch die Platinenstifte 17 und die Platinenbügel 18 begrenzt. Ferner sind in der Platine 15 links- und rechtsseitig jeweils drei verstellbare Platinenspieße 16 eingeschraubt.
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Die Gewichtelemente 64, 65 liegen zeit- und wechselweise auf je drei Platinenspießen 16, drei Pendelspießen 8 oder auf zwei Ankerspießen 26 und den Zeitgliedern 30, 31 auf. Die Anordnung der Kontaktpunkte ist hier so gewählt, dass die Gewichtelemente stets auf drei im Dreieck angeordneten Punkten ruhen.
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Die schrittweise Drehung des Gangrads 40 führt zum wechselweisen Kippen des Ankers in eine Schräglage, wodurch die wechselweise Hebung der Zeitglieder erfolgt. Die Schräglage des Ankers bleibt in der Ruhelage des Gangrads erhalten. Von den Zeitgliedern 30, 31 und den Ankerspießen 26 werden so wechselweise die Gewichtelemente 64, 65 gehoben.
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Das aufschwingende Pendel 1 übernimmt wechselweise die von den Zeitgliedern 30, 31 und den Ankerspießen 26 gehobenen Gewichtelemente 64, 65 mit seinen Pendelspießen 8, wodurch die Zeitglieder 30, 31 freigegeben werden und, von der Schwerkraft getrieben, entlang der Ankerbahn 23 in Richtung des Ankerbocks 25 rollen. Der Anker öffnet das Gangrad 40, nachdem das Ungleichgewicht der Hebelkräfte der Zeitglieder 30, 31 auf den Anker so groß geworden ist, dass die Kraft zum Öffnen des Gangrads 40 durch die Ankerpaletten 22 überschritten wird.
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Figur 15b
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15b stellt die Hemmung 100, das Gangrad 40 und Teile des Pendels in der Vorderansicht dar.
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Vom Pendel sind Pendelkopf, Pendelstange und die Pendelarme 6 mit den Pendelspießen 8 sichtbar. Die Pendelspieße 8 durchdringen die Platine 15, ohne sie zu berühren.
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Die Ankerbahn 23 trägt die beiden Zeitglieder 30, 31. Kaum sichtbar nimmt die Ankerbahn 23 eine leichte Schräglage ein, bei der das linke Zeitglied 30 und die linken Ankerspieße 26 gehoben sind und mit dem Gewichtelement 64 in Kontakt stehen und das rechte Zeitglied 31 eine untere Lage einnimmt, in der kein Kontakt zum Gewichtelement 65 besteht. Das Gewichtelement 65 ruht auf den rechten drei Pendelspießen 8.
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Figur 15c
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15c stellt die Hemmung 100, das Gangrad 40 und Teile des Pendel 1 in der Draufansicht dar.
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Die Pendelarme 6 greifen links- und rechtsseitig unter die Gewichtelemente 64, 65.
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Figur 16a
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16a zeigt in räumlicher Ansicht Bauteile des Pendels 1 und der Platine 15.
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Der Pendelkopf ruht, schwingbar über die Pendelschneiden 7, in den Pendelpfannen 9. Die zur linken und rechten Seite auskragenden Pendelarme 6 tragen je drei Pendelspieße 8. Die Pendelspieße 8 und die Pendelstange 2 durchdringen die Platine 15, ohne diese zu berühren, da Platinenaussparungen 19 vorgesehen sind.
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Figur 16b
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16b zeigt die Vorderansicht der 16a.
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Von der Unterseite der Platine 15 sind die Pendelspieße 8 gut erreichbar und können von hier aus einfach eingestellt werden.
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Figur 17a
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17a zeigt in räumlicher Ansicht den Anker 20, die Zeitglieder 30, 31 und Bauteile der Platine 15.
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Der Anker 20 besteht aus dem Ankerarm 21, den Ankerpaletten 22, der Ankerbahn 23, den Ankerspießhaltern 27, den Ankerspießen 26, dem Ankergelenk 24 und dem Ankerbock 25. Der Ankerarm 21 ist, schwenkbar über das Ankergelenk 24, im Ankerbock 25 gelagert.
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Von der Ankerbahn 23 werden die beiden Zeitglieder 30, 31 getragen und geführt. Die Rollbewegung der Zeitglieder 30, 31 wird durch die Platinenstifte 17 und die Platinenbügel 18 begrenzt.
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Figur 17b
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17b zeigt eine Seitenansicht der 17a.
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Die Ankerpaletten 22 greifen in das Gangrad 40 ein. Das rechte Zeitglied 31 wird von der Ankerbahn 23 getragen und liegt am Platinenstift 17 an. In dieser Ansicht sichtbar, sind die Ankerspieße 26 symmetrisch zum Zeitglied 31 im Ankerspießhalter 27 montiert.
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Figur 18a
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18a zeigt in räumlicher Ansicht die Gewichtelemente 64, 65 und Bauteile der Platine 15.
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Die Gewichthebel 64, 65 ruhen je auf drei Platinenspießen 16. Die Kontaktpunkte bilden jeweils ein Dreieck aus, so dass die Gewichtelemente 64, 65 in einer stabilen Lage ruhen, ohne dass ein Kippeln möglich wäre. Fest mit der Platine 15 sind die Platinenstifte 17 montiert.
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Figur 18b
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18b zeigt die eine Seitenansicht der 18a. Im linken Figurenbereich sind die Pendelpfannen 9 sichtbar.
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Die Platinenspieße 16 stehen über eine Punktberührung mit dem Gewichthebel 65 in Kontakt.
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Figur 19
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19 zeigt ein Gewichtelement 64, das gekippt den Blick auf seine Unterseite freigibt. Zum sicheren Halt der Gewichtelemente auf den Ankerspießen, - den Platinenspießen und den Pendelspießen verfügen die Gewichtelemente über Gewichtelementpfannen 66, in welche die Spieße eintauchen. Hierdurch wird erreicht, dass die Gewichtelemente stets in der definierten Lage stabil ausgerichtet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pendel
- 2
- Pendelstange
- 3
- Pendelgewicht
- 4
- Pendelbolzen
- 5
- Pendelkopf
- 6
- Pendelarm
- 7
- Pendelschneide
- 8
- Pendelspieß
- 9
- Pendelpfanne
- 11
- Pendelspitze
- 15
- Platine
- 16
- Platinenspieß
- 17
- Platinenstift
- 18
- Platinenbügel
- 19
- Platinenaussparung
- 20
- Anker
- 21
- Ankerarm
- 22
- Ankerpalette
- 23
- Ankerbahn
- 24
- Ankergelenk
- 25
- Ankerbock
- 26
- Ankerspieß
- 27
- Ankerspießhalter
- 30, 31
- Zeitglied
- 40
- Gangrad
- 41
- Gangradwelle
- 42
- Ruherad
- 43
- Ruheflächen
- 44
- Heberad
- 45
- Hebefläche
- 46
- Sekundenzeiger
- 47
- Zahnrad
- 50
- Skala
- 60,
- 61 - Gewichthebel
- 62
- Gewichthebelspieß
- 63
- Gewichthebelpfanne
- 64, 65
- Gewichtelement
- 66
- Gewichtelementpfanne
- 70
- Schwingachse
- 71
- Lotachse
- 72
- Skalenmarkierung am Totpunkt
- 80
- Abschwung
- 81
- Aufschwung
- 83
- Rollbewegung
- 90
- Kontakt
- 91
- offene Kontaktstelle
- 100
- Hemmung
- 200
- Diagrammblatt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 272119 A [0007]
- DE 102007051292 A1 [0013]
- DE 102019008008 B3 [0016]
- DE 102020000652 B3 [0019]
