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Ankerhemmung für Kleinuhren Die Erfindung bezieht sich auf eine Ankerhemmung
für Kleinuhren, wie Taschen- und Armbanduhren mit in der Ebene des Ankers auf die
Ankerradzähne zu verlaufenden Ankerklauen, also auf eine sogenannte Schweizer Ankerhemmung.
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Solche Ankerhemmungen sind seit langem Gegenstand zahlreicher und
verschiedenartiger Forschungen. Es wurde im besonderen versucht, gleichmäßige Kraftübertragung
zu verwirklichen und durch Änderungen in der Form die Leistung zu verbessern. Man
hat andererseits die Reibung reduziert, indem man für die reibenden Teile besondere
Werkstoffe wie z. B. Rubin verwendete. Die Ergebnisse dieser verschiedenen Versuche
waren nur teilweise befriedigend, indem es zwar gelang, die Leistung in einem gewissen
Maße zu erhöhen, jedoch nicht die namentlich nach der Auslösung des Ankers vorkommenden
Stöße und Rückprallungen zu beheben. Man hat für Pendeluhren schon vorgeschlagen,
den Hebeflächen konkave oder konvexe Kurven zu geben, um den Stoß auf die Ruhefläche
möglichst klein zu halten. Entsprechende Vorschläge wurden auch schon bei Stiftankerhemmungen
gemacht. Bei Ankerhemmungen der hier vorliegenden Art hat man auch schon zur Abänderung
des statischen übertragungsdiagramms der Hebefläche der Eingangsklaue eine Krümmung
gegeben. Alle diese Vorschläge waren aber zur völligen bzw. ausreichenden Behebung
bzw. Verminderung der Stöße und Rückprallungen noch nicht genügend geeignet, weil
die Hebefläche sich nicht kontinuierlich an die Ruhefläche anschloß und auch die
zur Behebung der Stöße und Rückprallungen der Zähne des Hemmungsrades gegen die
Ankerklauen erforderliche Größe und Form der konvexen Krümmung der Hebefläche und
die erforderliche Form der Ankerradzähne nicht erkannt wurde.
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Zweck der Erfindung ist es nun gerade, die Leistung der Ankerhemmung
dadurch zu verbessern, daß die Stöße und Rückprallungen der Hemmungsradzähne gegen
die Ankerklauen behoben oder mindestens auf ein Minimum reduziert werden. Eine der
wichtigen Folgen der Behebung dieser Stöße liegt in der Möglichkeit, für die Herstellung
der Ankerklauen und/oder des Hemmungsrades einen Kunststoff wie z. B. das Markenprodukt
»Teflon« zu verwenden, welches verhältnismäßig weich ist und einen sehr kleinen
Reibungskoeffizienten und selbstschmierende Eigenschaften aufweist. Es ist zwar
schon der Vorschlag der Verwendung von eingesetzten Ankerklauen aus thermoplastischem
Kunststoff bekannt. Die praktische Verwendung von Kunststoff ist aber bisher daran
gescheitert, daß die Stöße, welchen die Ankerklauen seitens der Zähne des Hemmungsrades
ausgesetzt waren, in kurzer Zeit Löcher oder Nuten in der Hebungsfläche dieser Ankerklauen
verursachten und erhebliche Energiemengen vernichteten.
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Um das obenerwähnte Ziel zu erreichen, ist eine sogenannte Schweizer
Ankerhemmung mit derartig gekrümmten Hebeflächen der Ankerklauen, daß die Stöße
der Zähne des Hemmungsrades gegen die Ankerklauen zumindestens vermindert werden,
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß beide Ankerklauen eine sich an die Ruhefläche
kontinuierlich, d. h. unter tangentialem Verlauf der Ruhefläche zu Beginn der Hebefläche,
anschließende, derartig große und so geformte konvexe Krümmung und die Ankerradzähne
eine derartige Form haben, daß die zweite Ableitung der Winkelbewegung eines Zahnes
in bezug auf die Winkelbewegung des Ankers vom Beginn der Hebungsperiode an eine
stetige Funktion ist. Dank diesem Erfindungsgedanken erhält das Hemmungsrad eine
Geschwindigkeit und eine Beschleunigung, die die obenerwähnten Stöße und Rückprallungen
praktisch ausschließen.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Ankerhemmung. Die einzige Zeichnung ist eine Draufsicht auf einen Teil dieser Ausführungsform.
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Das in 2 gelagerte Hemmungsrad 1 hat spitze Zähne 3. Der Rücken jedes
Zahnes 3 weist aus einem weiter unten angeführten Grunde eine Ausnehmung 4 auf.
Der
in 6 gelagerte Anker 5 trägt die beiden Klauen 7 und 8 und ist im dargestellten
Beispiel vom sog. gleicharmigen Typ, d. h. die Längsachsen 9 und 10 der Ankerklauen
7 und 8 sind gleich weit vom Ankermittelpunkt 6 entfernt.
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In der Zeichnung ist zu Vergleichszwecken bei 11
und 12 die
übliche Form der Hebungsfläche jeder Ankerklaue 7 und 8 gestrichelt dargestellt.
Diese Form hat bekanntlich den Nachteil, daß während der Hebungsfunktion Stöße und
Rückprallungen der Hemmungsradzähne gegen dieAnkerkiauen auftreten, so daß die Geschwindigkeit
und die Beschleunigung derBewegung desHemmungsrades zahlreicheSprünge oder Unstetigkeiten
aufweisen. Zur Vermeidung dieses Nachteils, welcher die Leistung der Hemmung herabmindert
und die Verwendung verhältnismäßig weicher und einen kleinen Reibungskoeffizienten
aufweisender Kunststoffe ausschließt, werden die Hebungsebenen 11 und 12 durch krumme
Hebungsflächen 13 bzw. 14 ersetzt. Die Form der Flächen 13 und 14 ist so gewählt,
daß das Hemmungsrad 1 bei seiner Auslösung eine Geschwindigkeit und eine Beschleunigung
erhält, die beide stetige Funktionen des Schwingungswinkels des Ankers sind, und
zwar vom Ende der Auslösung des Ankers an und während der Dauer der Impuls- oder
Hebungsfunktion. Die Zeichnung zeigt die Teile der Hemmung in der Lage, in der sie
sich am Ende der Auslösung des Ankers durch den nicht dargestellten Hebelstift der
Unruh befinden, d. h. am Anfang der Hebungsfunktion.
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Um die Form der Hebungsflächen 13 und 14 mathematisch zu bestimmen,
stellt man die vollständig gerechtfertigte Arbeitshypothese auf, daß der Anker 5
sich mit einer gleichförmigen stetigen Geschwindigkeit um seine Achse 6 dreht, d.
h., daß sein Schwingungswinkel während der Hebungsfunktion der Zeit proportional
ist. Hierauf wählt man sog. Grenzbedingungen, d. h. man bestimmt den Wert der Geschwindigkeit
und der Beschleunigung des Hemmungsrades 1, wenn sich die Spitze eines Zahnes 3
jeweils am Ende der Hebungsfläche befindet, wobei diese Grenzbedingungen den Wert
der Integrationskonstanten zu bestimmen gestatten. Anschließend wählt man eine einfache,
stetige Funktion, welche die Beschleunigung des Rades 1 darstellt. Diese Funktion
ist im dargestellten Beispiel ein Polynom vom dritten Grad, welches im Nullpunkt
und in zwei Punkten der Abszissenachse Null wird (wobei der Nullpunkt dem Anfang
der Hebungsfläche, der zweite Punkt der Abszissenachse dem Ende der Hebungsfläche
und der andere Punkt annähernd der Mitte der Hebungsfläche entspricht). Wenn man
diese Funktion graphisch darstellt, so ist sie im betreffenden Intervall einer Sinuskurve
ähnlich. Übrigens könnte man auch in einer Variante eine echte Sinuskurve wählen.
Die Beschleugung ist also zuerst Null, wird nachher positiv, erfährt ein Maximum,
nimmt ab, wird Null und dann negativ, erfährt ein Minimum und wird wieder Null.
Man integriert die obengenannte Funktion und erhält somit die Gleichung der Geschwindigkeit
des Rades 1, und integriert diese noch einmal, um die Gleichung der Bewegung des
Rades 1 selbst zu erhalten. Wie schon gesagt, werden die Integrationskonstanten
durch die gewählten Grenzbedingungen bestimmt. Es genügt nachher, die aufeinanderfolgenden
Positionen des Rades 1 und jeder Ankerklaue Punkt für Punkt zu konstruieren, um
die gesuchte Form der Hebungsflächen zu finden. Die erhaltene Kurve weist, vom Rade
1 aus gesehen, zuerst einen konvexen Teil auf, welcher sich in stetiger Weise an
die Ruhefläche 15 der Klaue anschließt, dann einen Wendepunkt und hierauf einen
konkaven Teil, der in der Fluchtebene 16 der Ankerklaue endet. Die Gleichung der
die Hebungsfläche der Ankerklaue definierenden Kurve ist somit eine stetige Funktion,
deren zwei erste Ableitungen gleichfalls stetig sind.
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Es ist bemerkenswert, daß der wichtigste Teil der Hebungsflächen 13
bzw. 14 ihr Anfangsteil ist, d. h. der links dargestellte Teil, der dem unmittelbar
dem Ende der Auslösung des Ankers 5 folgenden Moment entspricht. Da die Geschwindigkeit
und die Beschleunigung des Rades 1 stetig sind, so bewegt sich das Rad praktisch
stoßfrei, so daß die Stöße und Rückprallungen der Zähne 3 gegen die Ankerklauen
praktisch unterdrückt werden.
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Da andererseits die Beschleunigung des Rades 1 während des letzten
Teils der Hebungsfunktion negativ ist, nimmt die Geschwindigkeit des Rades 1 ab,
wobei diese Geschwindigkeitsverminderung zugunsten der Bewegung des Ankers 5 erfolgt.
Daher ergibt sich eine bessere Energieübertragung an die Unruh.
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Die am Rücken der Zähne 3 des Rades 1 vorgesehene Ausnehmung 4 ermöglicht
es, daß die Spitze einer der Ankerklauen 8 (in der dargestellten Lage der Zeichnung)
am entsprechenden Zahn 3 des Rades 1 nicht anstoßen kann, wenn der Impuls auf die
andere Ankerklaue? (in der Zeichnung) zu wirken anfängt. Da das Rad 1, von der Federkraft
der Antriebsfeder angetrieben, sich allmählich im Uhrzeigersinn weiterdreht, so
kann die Ausgangsklemme ohne weiteres in eine Zahnlücke des Rades 1 eintreten.
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Die beinahe totale Behebung der Stöße der Zähne 3 gegen die Ankerklauen
7 und 8 des Ankers 5 hat zur Folge, daß man für die Herstellung der Ankerklauen
und/oder des Hemmungsrades 1 einen verhältnismäßig weichen Werkstoff, wie z. B.
das Markenprodukt »Teflon«, verwenden kann. Dieser Kunststoff weist einen sehr niedrigen
Reibungskoeffizienten und außerdem selbstschmierende Eigenschaften auf, die das
sehr schwierige ölen der Hemmungsteile vermeiden lassen. Wegen der Behebung der
Stöße ist die Bildung von Löchern oder Nuten in den Hebungsflächen der Ankerklauen
nicht mehr zu befürchten. Dank dem geringen Reibungskoeffizienten des betreffenden
Werkstoffes werden die Energieverluste stark reduziert, so daß die Leistung der
Hemmung um so mehr erhöht wird.
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Selbstverständlich könnte dieKonstruktion derHemmung in Einzelheiten
noch von derjenigen der Zeichnung verschieden sein. Insbesondere könnte der Endteil
der Hebungsfläche jeder Ankerklaue den dargestellten konkaven Teil nicht aufweisen,
weil, wie schon erwähnt, das Wichtigste die Gewährleistung einer korrekten Form
des Anfangsteiles dieser Hebungsfläche ist. Die Zähne des Hemmungsrades könnten
ebenfalls eine andere Form, als die dargestellte, aufweisen und z. B. anstatt eine
Spitze, eine Hebungsfläche haben, so daß eine Hemmung mit verteilten Hebungsflächen
erhalten würde.