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Unruh-Gangreglersystem Die Erfindung betrifft ein Unruh-Gangreglersystem
mit lotrechter Unruhwelle, das mit einer magnetischen Lagerentlastung ausgerüstet
ist. Die bei einem bekannten System zur Lagerung der Unruh angewendete Spitzenlagerung
hat den Nachteil, daß die Unruhwelle wegen des stets notwendigen axialen Lagerspiels
seitlich ausweicht und die Entlastungsmagnete außer ihrer erwünschten axialen Entlastungskraft
einen unerwünschten radialen Lagerdruck hervorrufen. Hinzu kommt, daß bei einer
Spitzenlagerung lediglich eine Verminderung der Lagerreibung aber kein eigentliches
Schweben praktisch erreicht werden kann, vielmehr am Oberlager immer ein gewisser
Lagerdruck herrscht, der sich in der Massenfertigung nichtgleichmäßig einstellen
läßt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein Unruh-Gangreglersystem
mit lotrechter Unruhwelle eine magnetische Lagerentlastung zu schaffen, bei welcher
praktisch ein nur noch geringer radialer Lagerdruck herrscht, während der axiale
Lagerdruck durch magnetischen Ausgleich des Gewichts der schwingenden Gangreglerteile
vollständig aufgehoben ist. Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Bedingung
ist die, daß weitestmöglich die klassischen Bauelemente des Unruh-Gangreglersystems
beizubehalten sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Anordnung, bei welcher
die Unruh, die mit einer flachen Rückstellspirale ausgestatte ist, auf einem dünnen
gespannten Draht gelagert und schwebend gehalten ist. Der Lagerdraht kann auch durch
nadelartig dünne, lange Zapfen, die in die Wellenenden eingespannt sind, ersetzt
werden.
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Die lotrechte Drahtlagerung hat bereits in der Uhrentechnik Verbreitung
gefunden bei einem Unruh-Gangreglersystem, dessen Unruh zur Entlastung von axialen
Lagerkräften an der Rückstellfeder schwebend aufgehängt ist. Das ist aber nicht
möglich mit einer Flachspirale, vielmehr muß die Rückstellfeder die Form einer Doppelwendel
erhalten, die erheblich teurer ist. Das Gewicht der Unruh ist notwendigerweise beschränkt,
während bei magnetischer Entlastung zum Vorteil der Gangleistung extrem schwere
Unruhringe verwendet werden können, die wegen der geringen Lagerreibung keine stärkere
Zugfeder erfordern als bei den bisher verwendeten Gangreglersystemen mit üblicher
Zapfen- oder Spitzenlagerung. Auch hängt die Güte der axialen Lagerentlastung wesentlich
davon ab, daß beide Teile der Doppelwendel ihre Eigenschaften auch bei längerem
Betrieb beibehalten. Die Doppelwendel zwingt dazu, den Rücker als das klassische
und sehr einfache Reguliermittel aufzugeben. Da das Direktionsmoment der Rückstellfeder
nicht verändert werden kann, muß das Trägheitsmoment des Unruhringes durch radiales
Verschieben von Gewichten eingestellt werden. Da das Trägheitsmoment im Quadrat
eingeht, bewirkt schon eine geringe Verschiebung eine große Veränderung der Schwingungsdauer.
Auch kann bei der Verstellung die Auswuchtung der Unruh gestört werden. Das erfindungsgemäße
System hat sich demgegenüber als ausgesprochen wenig lageempfindlich erwiesen, weil
beim Regulieren ein Eingriff, der zu einer Unwucht führen könnte, nicht erforderlich
ist. Die Beibehaltung der flachen Rückstellspirale mit Rücker ermöglicht es daher,
auch mit einer nicht ausgewuchteten Unruh gute Gangergebnisse bei stärkeren Lageabweichungen
zu erzielen. Ferner ist die Abhängigkeit des erfindungsgemäßen Systems vom Aufzugszustand
der Feder beträchtlich geringer als die des Systems mit Doppelwendel und Trägheitsregulierung,
so daß eine kürzere und daher billigere Triebfeder verwendet werden kann. Die Beibehaltung
des klassischen Rückers bietet schließlich den Vorteil, daß mit verhältnismäßig
geringem baulichem Aufwand eine Verfeinerung der Regulierung möglich ist. überraschenderweise
hat sich gezeigt, daß die mit dem erfindungsgemäßen System ausgerüsteten Uhren im
allgemeinen keiner Nachregulierung nach einer Betriebszeit von mehreren Wochen bedürfen.
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Das lotrechte Drahtlager in Verbindung mit magnetischer Lagerentlastung
ist bei Elektrizitätszählern, wenn auch in ihrem Wert umstritten, seit langem bekannt.
Wie die tatsächliche Entwicklung, die andere Wege gegangen ist, zeigt, hat dieses
Bauelement die Uhrentechnik nicht befruchtet, und in
der Tat war
auch, abgesehen von der Abneigung des Uhrentechnikers, Magnete in mechanischen Uhrwerken
zu verwenden, von dem reinen rotierenden System des Zählers her, der durch die ortsfeste
Montage dieser Geräte begünstigt ist, nicht vorauszusehen, daß es bei einem Drehschwinger
gelingen würde, das Problem der reibungsarmen Lagerung unter weitestgehender Beibehaltung
der klassischen Bauelemente und ihrer Vorzüge hinsichtlich Fertigungstoleranzen,
Gangleistung und Regulierung zu lösen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können ringförmige Entlastungsmagnete
mit rotationssymmetrischer Magnetisierung gleichachsig übereinander angeordnet sein,
wobei der Unruhring selbst als Magnetring ausgebildet sein kann. Vorzugsweise werden
die lagerentlastenden Magnete derart angeordnet, daß sie einander abstoßen.
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Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit den Zeichnungen erläutert; es zeigt, jeweils in schematischer Darstellung und
hauptsächlich in Seitenansicht, F i g. 1 ein Unruh-Gangreglersystem mit magnetischer
Entlastung durch Anziehung, wobei die Unruhwelle auf nadeldünne Zapfen gelagert
ist, F i g. 2 eine Lagerentlastung durch einander abstoßende Ringmagnete, F i g.
3 eine Lagerentlastung durch Abstoßung, bei welcher die Unruh selbst als Magnetring
ausgebildet ist, F i g. 4 ein auf einem dünnen gespannten Draht mittels einer Hohlwelle
gelagertes System mit magnetischer Entlastung durch zylindrische ineinanderliegende
Magnete, F i g. 5 und 6 eine magnetische Entlastung in Seitenansicht und Draufsicht,
bei welcher der gestellfeste Magnet ein Hufeisenmagnet ist, F i g. 7 ein lediglich
mittels eines oberen Nadelzapfens gelagertes, mittels anziehender Ringmagnete schwebend
gehaltenes System, F i g. 8 und 9 andere Ausbildungen für die Lagensicherung des
unteren Wellenendes bei dem System nach F i g. 7, F i g. 10 eine Abänderung des
Systems nach F i g. 7.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel (F i g. 1) bezeichnen 10 und
11 Lagerplatten, 12 die lotrechte, im Raum stehende Drehpendelwelle,
die mit langen dünnen Lagerzapfen 12a versehen ist. Zur Sicherung der Zapfen
12a gegen Querstöße sind in den Werk-, platten 10 und 11 Bohrungen 10
a und 11 a angebracht, die eine etwas größere lichte Weite haben als
der Durchmesser der Welle 12. Die Welle 12 reicht 'mit ihrem starken Schaft 12b
ein Stück in die Bohrungen 10 a, 11 a hinein und findet bei Querstößen
ein Widerlager an den Bohrungswandungen, wobei die Zapfen 12a sich lediglich im
elastischen Bereich durchbiegen. Auf der Welle 12 ist ferner die Flachspirale
13 befestigt; sie ist am Kloben 14 verstiftet und wirkt (mit dem nur teilweise gezeichneten)
Rücker 15 zusammen. Das Drehpendel selbst ist mit x6 bezeichnet. Zur magnetischen
Entlastung des Systems in axialer Richtung, d. h. zum Ausgleich des Gewichtes der
sich drehenden Teile 12, 13 und 16, ist auf der Welle 12 die Permanentmagnetscheibe
17 befestigt und zum Zusammenwirken mit dieser Scheibe an einem feststehenden Laufwerksteil
18 der 1'ermanentmagnetringe 19. Die Scheibe 17 und der Ring 19 sind gegensinnig
gepolt, d. h., sie wirken durch Anziehung zusammen, und der feststehende Magnetring
19 hält die drehenden Teile in vorbestimmter Höhenlage in bezug auf die feststehenden
Laufwerksteile. Um Beschädigungen des Systems durch Axialstöße zu vermeiden, sind
im Bereich des Drehpendels 16 feste Anschläge 20 vorgesehen.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel (F i g. 2) wird die Drehpendelwelle
12 durch magnetische Abstoßung schwebend gehalten; zu diesem Zweck ist auf der Welle
unter Zwischenschaltung einer Buchse 30 ein Permanentmagnetring 31, im weiteren
als Schwebemagnet bezeichnet, befestigt, der mit einem feststehenden, gleichgepolten
Permanentmagnetring 32, im weiteren als Stützmagnet bezeichnet, zusammenwirkt.
33 ist ein feststehender Uhrwerksteil. Mit 34 ist eine Dämpfungsseheibe bezeichnet,
deren Anwendung sich dann empfehlen kann, wenn für die Permanentmagnete 31 und 32
nicht- oder nicht reinmetallische Magnetwerkstoffe, vorzugsweise auf Metalloxydbasis,
verwendet werden. Diese Magnetstoffe haben einen derart hohen elektrischen Widerstand,
daß praktisch keine Wirbelstromdämpfung eintreten kann. Da jedoch eine geringe Dämpfung
bei Gangreglersystemen für Uhren erwünscht sein kann, um hierdurch eine Kompensierung
der durch den Zugfederantrieb bedingten veränderlichen Schwingungsweiten und -dauer
zu bewirken, läßt sich dieses Ziel in einfacher Weise durch die Anordnung einer
Dämpfungsscheibe, wie die mit 34 bezeichnete, die aus einem Werkstoff mit niederem
elektrischem Widerstand besteht, erreichen. Die Dämpfungsscheibe kann je nach der
gewünschten Wirkung, die mit ihr erzielt werden soll, an einer Stelle größerer oder
kleinerer Kraftliniendichte angeordnet werden.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel (F i g. 3) ist auf der Drehpendelwelle
12 ein Drehpendel 40 angeordnet, dessen ringförmiger Teil 41 als Permanentmagnetring
ausgebildet ist und die Aufgabe hat, als Schwebemagnet mit einem gleichgepolten
und gleichgeformten Stützmagnet 42 zusammenzuwirken, der an einem feststehenden
Uhrwerksteil 43 befestigt ist. Die Nabe 44 des Drehpendels muß aus einem Werkstoff
hohen spezifischen elektrischen Widerstandes bestehen, um eine magnetische Dämpfung
durch diesen Teil zu vermeiden.
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Beim vierten Ausführungsbeispiel (F i g. 4) ist zwischen den Werkplatten
50 und 51 ein dünner federnder Stahldraht 52 lotrecht im Raum stehend gespannt,
auf welchem das mit einer Hohlwelle 53 versehene Drehpendel 54 gelagert ist. In
die Enden der Hohlwelle 53 sind Lochsteine 55 eingesetzt. Zur Gewichtsentlastung
dienen die rotationssymmetrisch magnetisierten Permanentmagnetzylinder 56 und 57,
die gleichachsig ineinanderliegen und gegensinnig gepolt sind. Der Magnetzylinder
56 ist an dem feststehenden Uhrwerksteil 58 befestigt.
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Beim fünften Ausführungsbeispiel (F i g. 5 und 6) ist auf der Drehpendelwelle
12 ein nicht permanentmagnetischer Ring 60 befestigt, der als Anker mit dem Hufeisenmagneten
61 zusammenwirkt, derart, daß dieser Magnet das (nicht dargestellte) Drehpendel
im Schweben hält. Der Ring 60 muß aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit hohem
elektrischem Widerstand bestehen, oder es müssen bei Verwendung eines Werkstoffes
mit niederem elektrischem Widerstand bekannte Maßnahmen zur Verringerung der Dämpfung
getroffen werden.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel (F i g. 7)
ist am oberen Ende der lotrecht stehenden Drehpendelwelle 100 ein Permanentmagnetzylinder
101 befestigt, der zum Teil in einen Permanentmagnetring 102 eintaucht;
die Magnete 103. und 102 sind gegensinnig gepolt, d. h. ziehen sich an. 103
bezeichnet die obere Werkplatte, die (wie nur schematisch gezeichnet) eine Lagerstelle
103 a für den langen und dünnen Lagerzapfen 100a der Drehpendelwelle 100 aufweist.
Die Anordnung der Magnete 101 und 102 dicht am Oberlager bewirkt, daß dieses die
Radiallagerung des Systems allein übernehmen kann, und es fehlt daher ein Fußlager.
Die Drehpendelwelle 100 weist zwar am unteren Ende einen dünnen langen Zapfen 100
b auf. Dieser Zapfen ragt aber in eine um ein Vielfaches seiner Stärke größere Bohrung
104a in der unteren Werkplatte 104, und diese Bohrung dient lediglich zur
Sicherung des unteren Wellenendes 100 b gegen unzulässige seitliche Auswanderung.
Die nach oben an die Bohrung104a anschließende erweiterte Bohrung 104 b dient mit
ihrer zylindrischen Wandung als Widerlager bei Querstößen auf das System, wobei
die Drehpendelwelle 100 mit ihrem starken Schaftteil 100 c, der in die Bohrung 104
b hineinragt, an der Wandung 104 b anstößt, solange sich die Durchbiegung des Zapfens
100 b nach im elastischen Bereich befindet. Dicht unterhalb des Oberlagers ist auf
der Welle 100 die Flachspirale 105
und das Drehpendel 106 befestigt,
während auf das untere Wellenende das Stabilisierungsgewicht 107 aufgedrückt ist.
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Es würde bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 keinen Unterschied
machen, die Welle 100 an ihrem oberen Ende als Hohlwelle mit eingesetztem Lochstein
auszubilden und einen feststehenden nadelartigen Lagerzapfen an der Werkplatte 103
zu befestigen.
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Weitere Ausführungsformen für die Sicherung gegen das seitliche Auswandern
des unteren Wellenendes zeigen die F i g. 8 und 9. Am unteren Wellenende ist eine
permanentmagnetische kegelförmige Spitze 110 angebracht und ihr gegenüber
an der Durchstoßstelle der gedachten Drehpendelachse durch die Werkplatte 111 eine
gegensinnig gepolte Permanentmagnetspitze 112. Die beiden einander anziehenden Magnete
110 und 112 sind erheblich schwächer als die Magnetringe 101 und 102 am Oberlager,
d. h., sie halten die Drehpendelwelle 100 in ihrer lotrechten Lage, ohne die Gewichtsentlastung
zu beeinträchtigen. Mit 113 ist ein ringförmiger Anschlag bezeichnet, der ein übermäßiges
Auswandern der Drehpendelwelle 100 begrenzt.
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Eine Magnetspitze an der Drehpendelwelle kann, wie F i g. 9 zeigt,
entbehrt werden; die Drehpendelwelle 120 besteht hier aus ferromagnetischem
Werkstoff und ist lediglich an ihrem unteren Ende bei 120a zugespitzt; ihr gegenüber
ist in die Werkplatte 111 die Permanentmagnetspitze 112 eingelassen.
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Das siebte Ausführungsbeispiel (F i g. 10) unterscheidet sich von
dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel (F i g. 7) darin, daß bei im übrigen gleicher
Ausbildung des Oberlagers und der Anordnung der Flachspirale 105 in der Nähe des
oberen Endes der Drehpendelwelle das Drehpendel 130 dicht am unteren Wellenende
angeordnet ist und dadurch das Stabilisierungsgewicht 107 (F i g. 7) entbehrlich
wird. Die Drehpendelwelle 131 weist bei diesem Ausführungsbeispiel am unteren Ende
eine Spitze 131a auf, die in eine kegelige Bohrung 132a einer Werkplatte
132 ragt zum Zwecke, an den Wandungen dieser Bohrung bei Querstößen Anschlag
zu finden.