DE1960701A1

DE1960701A1 - Reguliervorrichtung fuer Uhren

Info

Publication number: DE1960701A1
Application number: DE19691960701
Authority: DE
Inventors: Pierre Beguin; Pierre-Andre Beguin
Original assignee: Portescap SA
Current assignee: Portescap SA
Priority date: 1968-11-29
Filing date: 1969-11-28
Publication date: 1970-08-27
Also published as: CH496977A; FR2024511B1; FR2024511A1; US3599423A; CH1787468A4

Description

Reguliervorrichtung für Uhren

Die Erfindung betrifft eine Reguliervorrichtung für Uhren mit einer der Einwirkung von mindestens zwei Spiralfedern unterworfenen Unruh.

Solche Reguliervorriehtungen sind an sich bekannt. Das Vorhandensein mehrerer Spiralen kann verschiedenen Zwecken dienen, und zwar bei elektrischen Uhren die Benutzung der Spiralen als elektrische Leiter ermöglichen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, durch Verwendung von mindestens zwei Spiralen die Eigenschaften der Reguliervorrichtung zu verbessern, und zwar in der Hauptsache hinsichtlich ihrer thermischen Kompensation, d.h. ihrer Empfindlichkeit gegenüber den Temperaturveränderungen, und an zweiter Stelle hinsichtlich ihres Isochronismus, d.h. ihrer Empfindlichkeit gegenüber den Amplitudenveränderungen.

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Die Ileguliervorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spiralen mit vorzugsweise gleichem Drehmoment aus Legierungen mit angenäherter thermischer Kompensation gezogen und so miteinander kombiniert sind, dass sich ihre jeweiligen thermischen Koeffizienten ausgleichen, wobei die Anordnung der Spiralen so ist, dass bei ihren Expansions- und Kontraktionsbewegungen ihre Schwerpunkte sich in—einander entgegengesetzten Richtungen so verschieben, dass sie die auf die Welle der Unruh ausgeübten Radialdrücke zumindest teilweise ausgleichen.

Ein Ausführungsbeispiel und eine Variante der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein die Streuung der thermischen Koeffizienten von mit Hilfe einer Legierung aus zwei verschiedenen GiesschargRti hergestellten Spiralfedern veranschaulichendes Diagramm,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Uhrenreguliervorrichtung nach der Erfindung ,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig, k eine Draufsicht auf eine Einzelheit einer Variante.

Was die thermische Kompensation betrifft, so beruht die Erfindung auf der Tatsache, dass beim Giessen einer Legierung für Uhrenspiralfedern der durchschnittliche thermische Koeffizient der mit Hilfe dieser Legierung erzielten Spiralen zwischen zwei bestimmten Temperaturen selten bis auf den Soll-¥ert Null absinkt.

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Dieses Phänomen ist der Tatsache zuzuschreiben, dass selbst sehr geringe Veränderungen in der Zusammensetzung der Legierung spürbare Auswirkungen auf den thermischen Koeffizienten der fertigen Spirale haben.

Die Tatsache, dass die Homogenität der Legierung nicht vollkommen sein kann, bewirkt also eine Streuung des thermischen Koeffizienten der mit Hilfe ein und desselben Legierungsgusses hergestellten Spiralen, die in graphischer Darstellung gemäss dem Diagramm nach Fig. i die Form einer als "Gaußsche Kurve" bezeichneten glockenförmigen Kurve hat.

In diesem Diagramm ist die Anzahl N der Teile an den Ordinaten eingetragen, während der in Sekunden je Grad Celsius angegebene thermische Koeffizient CT an den Abszissen aufgetragen ist, Die Kurven 1 und 2 umfassen die 1 hermischen Koeffizienten von mit Hilfe von zwei Legierungsgüssen hergestellten Spiralfedern, von Vielehen einer bei einer zwischen -1,5 und -0,5 liegenden Streuung einen Mittelwert von -1,0 sec/ C aufweist, während der andere bei einer zwischen +0,5 und +1,5 liegenden Streuung und einem Mittelwert von +1,0 sec/ C zur Ordinatenachse symmetrisch verläuft.

Anhand dieser beiden Kurven zeigt sich, dass man durch Paaren von Spiralen, deren jeweilige thermische Koeffizienten einander gleich, jedoch von einander entgegengesetzte» Vorzeichen sind, eine mit 3 bezeichnete neue Kurve erhält, die einem thermischen Koeffizienten mit dem Mittelwert Null und einer zwischen -0,5 und +0,5 sec/ C liegenden Stremnigszone entspricht.

Somit kann man also durch Verwendung von zwei Spiralen mit einander gleichen, jedoch einander entgegengesetzte Vorzeichen aufweisenden thermischen Koeffizienten zu

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einem sehr hohen thermischen Kompensationsgrad gelangen.

Hinsichtlich des Bereiches der Temperaturen, für die die thermische Kompensation hergestellt werden muss, ist zu bemerken, dass diese Bereiche entsprechend der Bestimmung des Zeitmessinstruments schwanken. Sie betragen im allgemeinen mindestens 3O⁰C zwischen den extremen Werten von -50°und +10O⁰C, beispielsweise von -50 bis 0⁰C, von -25 bis +25⁰C, von +k bis +36⁰C und von +10 bis +50⁰C.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Paarung der einander gleichen, jedoch einander entgegengesetzte Vorzeichen aufweisenden thermischen Koeffizienten die Verwendung von Spiralen und von Legierungsgusschargen ermöglicht, die sonst Ausschuss wären, da ihr thermischer Koeffizient ausserhalb der zulässigen Grenzen liegt.

Was den Isochronismus der Reguliervorrichtung anbelangt, so hat die beschriebene Anordnung den Vorteil, dass durch Einrichten der Spiralen in der weise, dass sich ihr Schwerpunkt im Verlaufe ihrer Expansions- und Kontraktionsbewegungen in zwei einander entgegengesetzten Richtungen verschiebt, die durch die Spiralen auf die Welle der Unruh ausgeübten Radialdrücke praktisch kompensiert werden. Mit anderen Worten werden praktisch, uns zwar ohne Zuhilfenahme von Begrenzungskurven, die Bedingungen hergestellt, die sich sonst nur mit Hilfe von erheblich kostspieligeren Breguet-Spiralfedern erzielen liessen.

Die erste Ausführungsform der in Fig. 2 und 3 dargestellten Reguliervorrichtung nach der Erfindung besitzt eine Unruh k, deren Welle 5 zwischen der mit 6 bezeichneten Platine eines Uhrwerks und seinem mit 7 bezeichneten Unruhkloben drehbar angebracht ist. Der Unruhkloben 7 trägt ein Rückerplättehen 8, an welchem ein beweglicher Spiral-

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klötzchenhalter 9 angebracht ist, der selbst den mit 10 bezeichneten Rücker trägt, der an ihm so angebracht ist, dass er sich, ohne ihn mitzunehmen, verschwenken lässt.

Die Welle 5 der Unruh trägt zwei Spiralrollen Ii und 12, an welchen jeweils eine von zwei mit 13 bzw. Ik bezeichneten Spiralfedern angebracht ist.

Eine dieser Federn, und zwar die Spirale i3_f ist mit ihrem äusseren Ende an einem von dem Unruhkloben 7 getrage nen Spiralklötzchen 15 befestigt, während die andere, und zwar die Spirale Ik, an einem von einem Ansatz 9a des Spiralklötzchenhalters 9 getragenen Spiralklötzchen 16 befestigt ist.

Der Rückerstift 17 und der Rückerschlüssel 18, die von einem Ansatz 10a des RUckers 10 getragen werden, wirken auf die Spirale lh ein.

Bezüglich des Isochronismus ist zu bemerken, dass beim dargestellten Beispiel das Gleichgewicht der durch die Spiralfedern auf die Unruhwelle ausgeübten Radialdrücke dadurch erzielt wird, dass man zwei in gleicher Richtung gewickelte Spiralen verwendet, deren äussere Befestigungsstellen, d.h. die Spiralklötzchen 15 und 16, voneinder verhältnismässig weit entfernt sind. Es kann der Fall vorgesehen werden, in welchen diese Spiralklötzchen einander in bezug auf den Mittelpunkt der Unruh diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Ausserdem sind die mit 19 bzw. 20 bezeichneten inneren Befestigungsstellen der Spiralen einander diametral gegenüberliegend angeordnet, jedoch ist diese Bedingung für das angestrebte Ziel nicht absolut unerlässlich.

Bei dieser Ausführung ist die Abwicklung der beiden Spiralen ständig symmetrisch, was zur Folge hat, dass

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der Schwerpunkt ihrer Gesamtheit auf der Achse der Unruhwelle 5 gehalten wird.

Eine entsprechende Wirkung lässt sich mit der in Fig. h dargestellten Einrichtung erzielen, hei welcher die mit 21 bzw. 22 bezeichneten beiden Spiralfedern in-einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind, während ihre äusseren Befestigungsstellen, und zwar das Spiralklötzchen 23 bzw. 2k, einander sehr nahe liegen und ihre inneren Befestigungsstellen, wie durch den Pfeil 25 angedeutet, in Draufsicht zusammenfallen. Ausserdera kann der Fall vorgesehen werden, in welchem die Spiralklötzchen 23 und 2k auf ein und demselben Radius in bezug auf den Mittelpunkt der Unruh angeordnet sind. In Wirklichkeit legt sich, da eine der Spiralfedern, im vorliegenden Falle die mit 21 bezeichnete, in ihrer aktiven Länge durch die Rückeranschläge 17 und 18 begrenzt ist, die genaue Stelle der Spirale 21, die sich dem Spiralklötzchen 24 gegenüber befinden soll, zwischen dem Schlüssel 18 und dem Spiralklötzchen 23 so, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Auf Grund dieser Anordnung dehnt sich beim Zusammenziehen einer der Spiralen die andere aus und umgekehrt. Bei dieser Anordnung werden die durch die Spiralen auf die Welle 5 ausgeübten Radialdrücke nur teilweise kompensiert, und zwar auf Grund der Tatsache, dass sich der Schwerpunkt während der Dehnung mehr von der Achse der Welle 5 entfernt als während der Kontraktion, wobei sich der Wert des Radialdrucks mit dem Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Spirale und der Achse der Unruh vermehrt.

Es sei bemerkt, dass sich die Spiralen sowohl bei der ersten Ausführungsform als auch bei der Variante nicht in gleicher Ebene befinden können, so dass sich daraus ergibt, dass in jedem Falle auf die Drehpunkte trotz-

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dem ein radialer Restdruok einwirkt. Diese radialen Restdrücke sind um so schwächer, je näher die Spiralen aneinander angeordnet sind und je grosser der Abstand zwischen den Lagern der Unruhwelle ist.

Um den Raum zwischen den Spiralen bei gleichzeitiger Vereinfachung der Fertigung zu verringern, könnte man sie auf einer gemeinsamen Spiralrolle befestigen.

Der Fall, in welchem die beiden Spiralen beiderseits der Unruh angeordnet wären, bleibt trotzdem ins Auge zu fassen, wenn praktische Gründe es bedingen.

Es sei bemerkt, dass die Formgebung der Unruh nicht zu berücksichtigen ist: Sie kann -aus einem einzigen oder aus mehreren Schwingreifen oder Stäben gebildet sein; sie kann asymmetrisch sein oder ein oder mehrere mechanische oder elektromagnetische Organe, wie Schrauben, Gewichtohen, Spulen oder Magneten einer Übertragungsvorrichtung, tragen.

Das innere Ende der Spiralen kann an der Welle der Unruh mit Hilfe jeglicher üblicher Mittel, beispielsweise durch Verstiften mittels einer Spiralrolle wie in den beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispielen, oder durch Verkleben, Vernieten, Verlöten o. dgl. befestigt werden, während das äussere Ende der Spiralen am Gestell entweder, wie in-den dargestellten Ausführungsbeispielen, mit Hilfe von Spiralklötzchen oder ohne sie durch Verstiften, Festklemmen, Verkleben, Verlöten, Vernieten o. dgl. befestigt werden kann.

Bs sei weiter bemerkt, dass man durch Befestigen mindestens einer der Spiralen an einem beweglichen Teil, wie beispielsweise dem Spiralklötzchenhalter 9 der ersten Ausführungsform, den Abfall, d.h. die Lage des Totpunk-

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tes in bezug auf die Hemmung, einstellen kann. Naohdem diese Lage hergestellt ist, ergibt sich daraus nicht zwangsläufig, dass die Spiralen spannungsfrei sind, sondern vielmehr, dass sich'ihre jeweiligen Spannungen aufheben.

Was die RUckervorrichtung anbelangt, so ermöglicht die Tatsache, dass sie nur auf eine der .Spiralen einwirkt, genauere Retuschen des täglichen Ganges als in dem Falle, wo die Reguliervorrichtung nur eine einzige Spirale besitzt.

Schliesslich ist zu bemerken, dass die Anordnung nach der Erfindung besonders angezeigt ist bei ihrer Anwendung auf hohe Schwingungsfrequenzen von beispielsweise mehr als 21.600 Halbschwingungen je Stunde, die sich bis auf 36O.OOO und mehr belaufen können.

Je höher nämlich bei einer bestimmten Unruh die Frequenz ist,, um so stärker muss bei gleicher Länge der Querschnitt der Spirale sein, da die Dauer der Periode der Quadratwurzel des Drehmoments umgekehrt proportional ist. Bei einer beispielsweise verdoppelten Frequenz, bei welcher

T
die Periode T¹ = ·$ , ergibt sich theoretisch:

und T' = 2T

worin I = Trägheitsmoment der Unruh,

C = der Periode T entsprechendes Drehmoment der Spirale.

Es zeigt sich also, dass zum Verdoppeln der Frequenz das Drehmoment der Spirale vervierfacht werden muss, was dem Anbringen von vier mit der ersten Spirale übereinstimmenden Spiralen an der gleichen Unruh gleichkommt. Da die Dauer der Periode ausserdem der Quadratwurzel des

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Trägheitsmoments der Unruh proportional ist, genügt es im Beispiel der verdoppelten Frequenz und ausgehend von einer gegebenen Reguliervorriohtung, wenn man ein um die Hälfte verringertes Trägheitsmoment der Unruh nimmt und zwei mit der ersten Spirale übereinstimmende Spiralen verwendet. Auf diese Weise bleiben die Abmessungen dieser Spiralen im üblichen Rahmen der Herstellung von Uhren und sonstiger Uhrwerke, was bei Verwendung von nur einer Spirale nicht immer der Fall ist.

In dieser Beziehung ermöglicht die Erfindung die Gewährleistung einer wesentlichen Eigenschaft der Spiralen, und zwar die Beibehaltung einer ausreichenden Länge der %

Spirale. Es ist nämlich bekannt, dass je kurzer eine Spirale ist, sie um so mehr Energie verbraucht, wenn sie unter gegebenen Amplituden- und Frequenzbedingungen eine Unruh schwingen lässt. Nun ist aber jeder zusätzliche Energieverbrauch für den Wirkungsgrad und für die Genauigkeit des Instruments nachteilig* Daraus ergibt sich, dass man, je mehr man die Frequenz erhöht, die Spirale in bezug auf ihren Querschnitt kürzen muss. Diese Änderung ihrer Proportionen kann ihren Regulierfähigkeiten schaden. Durch Verwendung von mindestens zwei Spiralen zum Erzielen einer erhöhten Frequenz lässt sich diese Schwierigkeit umgehen. ^

Die Erhöhung der Frequenz hat noch folgende Konsequenz:

Der thermische Koeffizient einer mit einer aus einer Unruhe und einer Spirale zusammengesetzten Regultervorrichtung versehenen Uhr ist die Resultante aus den thermischen Koeffizienten dieser beiden Elemente sowie aus dem Einfluss der Temperatur auf die Öle, auf die Funktionen der Hemmung., auf die Reibung usw. Beim Ansteigen der Temperatur bewirkt die Dehnung einer einmetallischen

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Unruh eine Vermehrung ihres Trägheitsmoments, die sich,, sofern nicht andere Einflüsse bestehen wurden, in einem gewissen Nachgehen äussern würde. Unter den gleichen Bedingungen verursacht eine nicht kompensierende Spirale ein etwa zehnfach erheblicheres Nachgehen. Die AuTgabe der kompensierenden Spirale besteht darin, besonders die Summe dieser beiden Gangverzögerungen aufzuheben. Nun besteht aber die vollkommene Kompensation für eine gegebene Unruh und eine gegebene Spirale nur bei einer bestimmten Frequenz, weil die Einwirkung der Unruh gegenüber der der Spirale bei Erhöhung der Frequenz abnimmt. Daraus ergibt sich, dass ein und dieselbe zum Erzielen zunehmender Frequenzen nacheinander an Unruhen mit abnehmendem Trägheitsmoment angeschlossene Spirale in warmen Zustand zum Vorgehen neigende thermische Koeffizienten liefert. Der Einfluss auf den thermischen Koeffizienten ist ein Vorgehen um einen Sekundenbruchteil je Tag und je Grad Celsius beim Übergang der Frequenz von 18.000 auf die Frequenz von 36.000 Halbschwingungen je Stunde. Diese Auswirkung ist für die übliche Genauigkeit von geringer Bedeutung, jedoch nicht vernachlässigbar, sofern eine höhere Genauigkeit angestrebt wird.

Bei der Reguliervorrichtung nach der Erfindung kann dieses Phänomen bei der Paarung der Spiralen berücksichtigt werden, indem ihr thermischer Koeffizient so gewählt wird, dass ihr Mittelwert bestrebt ist, auch die der Unruh, den Ölen, den Funktionen der Hemmung und noch anderen Ursachen zuzuschreibenden Auswirkungen zu kompensieren.

Schliesslich ist zu bemerken, dass die Reguliervorrichtung nach der Erfindung mehr als zwei Spiralen besitzen kann, deren Drehmomente einander nicht unbedingt gleich sind, wobei jede sich entsprechend ihren Möglichkeiten an der Kompensation der Auswirkungen der einen oder anderen der Ungenauigkeitsursachen beteiligt.

Patentansprüche; 0 09835/128 3

Claims

PATENTANSPRÜCHE

IJReguliervorrichtung für Uhren mit einer der Einwirkung von Mindestens zwei Spiralfedern unterworfenen Unruh, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spiralen (13,14; 21,22) mit vorzugsweise gleichem Drehmoment aus Legierungen mit angenäherter thermischer Kompensation gezogen und so miteinander kombiniert sind, dass sich ihre jeweiligen thermischen Koeffizienten ausgleichen, wobei die Anordnung der Spiralen so ist, dass bei ihren Expansions- und Kontraktionsbewegungen ihre Schwerpunkte sich in-einander entgegengesetzten Richtungen so verschieben, dass

,- sie die auf die Welle (5) der Unruh (k) ausgeübten Radialdrlicke zumindest teilweise ausgleichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermischen Koeffizienten der Spiralen so bestimmt sind, dass ihr Mittelwert bestrebt ist, auch die u.a. der Unruh, den Ölen und den Funktionen der Hemmung zuzuschreibenden Auswirkungen zu kompensieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich, für den die beste Kompensation angestrebt wird, mindestens 3O⁰C beträgt und zwischen den extremen Temperaturen von -50°und +10O⁰C liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Spiralen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spiralen (13,14) das gleiche Drehmoment aufweisen, wobei ihre thermischen Koeffizienten einander im wesentlichen gleich, je- ^Ί doch von umgekehrtem Vorzeichen sind.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Spiralen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spiralen (21,22) in einander entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind, wobei ihre äusseren Befestigungsetellen (23,24) in bezug auf die Schwingachse der Unruh (4) im wesentlichen auf ein und demselben Radius liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit zwei Spiralen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Spiralen (13,14) in gleicher Richtung gewickelt sind, wobei ihre äusseren Befestigungsetellen (15,16) in bezug auf die Schwin achse der Unruh (4) einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Länge nur einer(14) der Spiralen mit Hilfe einer Rückervorrlchtung (17,18) regulierbar ist,
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dass die Frequenz der Schwingungen der Unruh (4) mehr als 21.600 Halbschwingungen je Stunde beträgt.

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