DE1962877U

DE1962877U - Einrichtung zur messung des kraftmomentes von abgelaengten spiralfedern und des traegheitsmomentes von unruhen.

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Publication number: DE1962877U
Application number: DE1967J0016357
Authority: DE
Original assignee: Institut Dr Ing Reinhard Straumann AG
Current assignee: Institut Dr Ing Reinhard Straumann AG
Priority date: 1966-09-15
Filing date: 1967-04-13
Publication date: 1967-06-22
Also published as: CH1342866A4; FR1502464A; CH483050A

Description

IPetenlenwaH Dipl. phys. Gerhard'Ljedl

'-München 22; Steimd&ffitf, 24*22 Eekfc Zweiiwüdcenst*., M· 298*62

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Institut Dr. Ing, Reinhard STRAUMANN AG., WALDENBURG / SCHWEIZ

Einrichtung zur Messung des Kraftmomentes von abgelängten Spiralfedern und des Trägheitsmomentes von Unruhen

Die Neuerung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Kraftmomentes von abgelängten Spiralfedern und des Trägheitsmomentes von Unruhen,die wahlweise mit einer pivotierten Referenzunruh zum Aufstecken einer aus-

zumessenden Spiralfeder oder mit einer pivotierten Spiralfeder zum Aufstecken einer zu messenden Unruh ausgerüstet werden kann, wobei Mittel vorhanden sind, um das aus der am äußeren Ende festgehaltenen Spiralfeder und der Unruh bestehende mechanische System in Eigenschwingungen zu versetzen.

Das aus einer Spiralfeder und einer Unruh bestehende mechanische Schwingsystem einer Uhr hat die Eigenfrequenz

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wobei C das Kraftmomeirt der Spiralfeder und I das Trägheitsmoment des ganzen Schwingsystems ist. Dieses Trägheitsmoment wird im wesentlichen durch das Trägheitsmoment der Unruh bestimmt-, so daß Unruh und Spiralfeder so aufeinander abgestimmt werden können, daß die benötigte Eigenfrequenz erhalten wird, und zwar mit einer Genauigkeit von mindestens 2 bis 5 Minuten pro Tag, d. h, etwa in der Größenordnung von l%o. Der Feinabgleich erfolgt dann in der Uhr mittels des Rückerzeigers.

Die früher übliche Einstellung der gewünschten Eigenfrequenz des Schwingsystems durch das Ablängen der Spiralfeder hat den wesentlichen Nachteil, daß sich dadurch der Ansteckpunkt nicht vorgeben läßt, da dieser ja von der Federlänge abhängt. Man ist daher bereits dazu übergegangen, Spiral-

federn vorgegebener Länge nach ihrem Kraftmoment auszusortieren und dann mit Unruhen zusammenzustecken, deren Trägheitsmomente entsprechende Werte aufweisen, um die gewünschte Eigenfrequenz des gesamten Schwingsystems zu erhalten*

Zur Messung des Kraftmomentes von abgelängten Spiralfedern und des Trägheitsmomentes von Unruhen sind bereits Einrichtungen bekannt, die wahlweise mit einer pivotierten Referenzunruh zum Aufstecken einer auszumessenden Spiralfeder oder mit einer pivotierten Spiralfeder zum Aufstecken einer zu messenden Unruh ausgerüstet werden können. Durch beliebige Hilfsmittel wird dann das aus der am äußeren Ende festgehaltenen Spiralfeder und der Unruh bestehende mechanische System zu Eigenschwingungen angeregt, damit die Frequenzmessung vorgenommen werden kann. Dabei werden zur Frequenzmessung irgendwelche Impulse von der sich drehenden Welle, auf welcher Unruh und Spiralfeder befestigt sind, abgeleitet und - gegebenenfalls nach geeigneter Umformung - mit einer Normalfrequenz verglichen»

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nun Aufgabe der vorliegenden Neuerung, eine Einrichtung der genannten Art weiter zu verbessern und zu entwickeln. Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß gelöst durch eine die Differenz zwischen der Dauer einer einstellbaren Schwingungszahl

und der Solldauer dieser Schwingungszahl messende, elektrische Differenzmeßeinrichtung und eine Sortiereinrichtung, die die ausgemessenen Spiralfedern, beziehungsweise Unruhen, entsprechend der gemessenen Zeitdifferenz in Zeitdifferenzklassen aufteilt, wobei die Meßeinrichtung eine die Schwingungen des mechanischen Systems in elektrische Signale umwandelnde Einheit aufweist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die in elektrische Signale umzuwandelnden mechanischen Schwingungen direkt an der sich öffnenden und schließenden Spiralfeder abgenommen. Die Einheit zur Umwandlung der Schwingungen des mechanischen Systems in elektrische Signale kann eine kapazitive Sonde, die auf die radialen Bewegungen der Spiralfeder anspricht, enthalten oder eine Sonde, die auf die Änderungen der Kraft anspricht, welche die sich öffnende und schließende Spiralfeder auf eine Festhaltestelle ausübt.

Die Differenzmeßeinrichtung kann beispielsweise aus einem HF-Oszillator einstellbarer Frequenz, einem die von der sich öffnenden und schließenden Spiralfeder abgeleiteten Impulse verarbeitenden Vorwahlzähler für die Perioden des mechanischen Systems, einem Vorwahlzähler für die HF-Schwingungen und einem Zähler für diese Schwingungen aufgebaut sein, wobei dann der Oszillator über zwei Tore so mit diesen Zählern verbun-

den ist, daß zu Beginn einer am Periodenvorwahlzähler einstellbaren Periodenzahl des mechanischen Schwingsystems der HF-Oszillator durch ein erstes Tor mit dem HF-Vorwahlzähler verbunden wird und nach Zählung der vorgegebenen HF-Schwingungen ein Signal zu einem zweiten Tor gibt, das mit dem Periodenvorwahlzähler derart verbunden ist, daß es nach Ablauf der eingestellten Periodenzahl von ihm ein Signal erhält, wobei das erste der beiden eintreffenden Signale den HF-Oszillator mit dem HF-Zähler verbindet und das zweite Signal die Verbindung wieder unterbricht. Dabei kann es für die nachfolgende Sortiereinrichtung zweckmäßig sein, wenn Schaltelemente zur Bestimmung des Vorzeichens dieser Differenz vorhanden sind, damit sich die selektive Sollzeit einstellen und sich die Resultate als Abweichungen von dieser Sollzeit direkt angeben lassen» Die Sortier einrichtung läßt sich besonders einfach aufbauen, wenn man sie aus einem Vorwahlzähler zur Wahl der Klassenbreite, einem Zähler für die Bestimmung der Klasse und einer durch diesen Klassenzähler gesteuerten Anzeige- und Magazinsteuereinrichtung zusammensetzt.

Damit die Einstellung und Ablesung direkt in See/Tag erfolgen kann, ist es zweckmäßig, den Vorwahlzähler für die HF-Impulse auf 86 400 einzustellen und die Frequenz des HF-Oszillators so zu wählen, daß er während der Sollzeit 86 400 Schwingungen ausführt. Der Zähler, der die Differenz zwischen der verlangten und der effektiven Schwingungsdauer

des mechanischen Schwingers als Anzahl der HF-Impulse angibt, zeigt so direkt den Gang in See/Tag an, und die Vorzeichenanzeigevorrichtung zeigt an, ob der Gang positiv oder negativ ist.

Die beiliegende Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Neuerung.

In der Mitte eines Drehtisches 11, der durch einen Motor 12 aus einer Endlage um 300 verdreht und aus dieser Lage wieder zurückgedreht werden kann, befindet sich ein Lager 13 für die Welle 14 einer Referenz-

unruh 15 sowie eine Festklemm vorrichtung 16, mit der sich die Unruh 15 festhalten, d. h. gegen eine Drehung relativ zum Drehtisch 11 sichern läßt. * Diese Klemmvorrichtung 16 kann an und für sich .bliebig ausgestaltet sein, beispielsweise kann sie dieselbe Konstruktion aufweisen wie das Klemmsystem eines Doppelchronographs. Zwei elektromechanisch betätigbare Bolzen 17 und 18 dienen zur Betätigung dieser Klemmvorrichtung 16, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß durch einen ersten Bolzenstoß auf den Hebel 16a die Referenzunruh 15 festgeklemmt und durch einen zweiten Bolzenstoß die Feferenzunruh 15 wieder freigegeben wird.

Die Welle 14 verjüngt sich nach oben etwas, so daß eine mit einer Rolle versehene Spiralfeder 19 mittels eines mit einer Spannzange versehenen Transport-

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armes 20 auf sie aufgesetzt werden kann. Das freie Ende der Spiralfeder 19 wird dabei in der Spannzange festgehalten. Eine nur schematisch dargestellte Steuervorrichtung 21, die zwar an und für sich beliebig ausgestaltet sein kann, aber in einer zweckmäßigen Ausführungsform eine miUNockenscheiben versehene Steuerwelle aufweist, dient zur Steuerung der vorbeschriebenen Einrichtung, indem sie den Transportarm von einer Ladestation zur Mitte des Tisches 11 verschwenkt und ihn dort die Spiralfeder 19 auf die Welle 14 aufsetzen läßt, wobei jedoch das Federende in der Spannzange des Transportarmes 20 verbleibt. Dabei ist die Referenzunruh 15 frei drehbar. Daraufhin wird durch einen ersten Steuerimpuls der Bolzen 17 betätigt, so daß er einen Stoß auf den Hebel 16a ausüben kann, wodurch die Referenzunruh durch die Klemmvorrichtung 16 festgehalten wird. Der Motor 12 dreht nun den Tisch 11 um 300 in der Gegenuhr zeiger richtung und spannt dadurch die zu messende Spiralfeder 19. Ein zweiter Steuerimpuls betätigt den Bolzen 18 (wobei natürlich bei jedem der beiden Steuerimpulse beide Bolzen betätigt werden können), so daß dieser durch einen Stoß auf den Hebel 16a die Klemmvorrichtung 16 wieder löst und das aus der pivotierten Referenzunruh 14/15 und der auszumessenden Spiralfeder 19 bestehende mechanische Schwingsystem frei ausschwingen kann.

Zur Abnahme der Schwingung dient eine kapazitive Sonde 24, die zusammen mit der elektrischen Schaltung 25 einen kapazitiven Wandler bildet, dessen

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Aus gangs signal in einem Verstärker 26 verstärkt wird. Ein Impulsumformer 27 verarbeitet die wechselstromähnlichen Spannungs änderungen zu Rechteckimpulsen, die einem Vorwahlzähler 28 für die Perioden des mechanischen Schwingers, der nachfolgend Periodenvorwahlzähler -genannt wird, zugeleitet werden. Zweckmäßigerweise erfolgt diese Zuleitung über ein Tor 5, welches die Impulse erst nach Ablauf einer am Verzögerer 29 einstellbaren Zeit öder Periodenzahl zum Periodenvorwahlzähler 28 durchläßt. Dieser gibt bei Beginn der einstellbaren Periodenzahl einen Startimpuls auf das Tor 1 und am Ende dieser Periodenzahl einen Impuls auf die

Tore 2, 3 und 4.

Mit 30 ist ein HF-Oszillator bezeichnet, der Impulse mit einer vorgegebenen Frequenz, zum Beispiel mit einer Frequenz* yon 43, 2 kHz abgeben kann. Sein Ausgang ist einerseits über das Tor 1 mit einem HF-Vorwahlzähler 31, der nachfolgend Gangvorwahlzähler genannt wird, und andererseits über das Tor 2 mit dem Zähler 32, der Fehlerzähler genannt wird, verbunden. Das Tor 2 wird derart durch die beiden Vorwahlzähler 28 und 31 gesteuert, daß es durch den ersten Impuls, der von einem dieser beiden Vorwahlzähler eintrifft, geöffnet und von einem Impuls des anderen Vorwahlzählers geschlossen wird. Während dieses Tor 2 geöffnet ist, zählt der Fehlerzähler 32 die HF-Schwingungen des HF-Generators. Man wird den Periodenvorwahlzähler auf 5 Perioden einstellen, was, falls der

mechanische Schwinger die Frequenz von 2,5 Hz aufweist, einer Schwingungsdauer von 2 Sekunden entspricht; am Gangvorwahlzähler 31 wird man die Zahl 86 400 einstellen, was ebenfalls einer Zeit von 2 Sekunden entspricht. Falls nun die Schwingungsdauer des mechanischen Schwingers um von der Sollfrequenz abweicht, was einer Abweichung von 1 See/Tag entspricht, so wird das Tor 2 während 2 s geöffnet sein und der Fehlerzähler zählt einen Impuls. Beträgt die Abweichung χ —, also χ See/Tag, so zählt der Fehlerzähler χ Impulse. Eine 2 Sekunden dauernde Messung ermöglicht also schon die genaue Ablesung des gesuchten Resultates des Ganges, allerdings ohne daß das Vorzeichen der Abweichung bereits bestimmt ist. Dieser noch benötigten Vorzeichenanzeige dient der Vorzeichenanzeiger 33, welcher durch die Tore 3 und 4 gesteuert wird, die beide je mit den beiden zum Tor 2 führenden ,Signalleitungen verbunden sind.

Falls Schwingungssysteme verschiedener Soll- und Eigenfrequenzen auszumessen und auszusortieren sind, empfiehlt es sich, den HF-Generator 30 so auszurüsten, daß durch einfache Umschaltung die Frequenz erhalten werden kann, welche während der Sollzeit einer am Periodenvorwahlzähler 28 eingestellten Anzahl-Periode des zu messenden Schwingsystems 86 400 Impulse liefert. Diese Sollzeit ist im allgemeinen zweckmäßig mit zwei Sekunden bemessen. Für das Sortieren von Spiralfedern und Unruhen,

die für Uhren mit der üblichen Eigenfrequenz von 2, 5 Hz bestimmt sind, wird man also eine HF-Frequenz von 43, 2 kHz wählen und den Perioden-Vorwahlzähler 28 auf 5 einstellen, während für Bestandteile, die für Uhren mit 3 Hz bestimmt sind, man mit gleicher HF-Frequenz und-gleicher Einstellung des Gangvorwahlzählers 31 arbeiten, den Perioden-Vorwahlzähler aber auf 6 einstellen wird. Hat man Bestandteile für Uhren, die mit 2, 75 Hz arbeiten, so wird man den Perioden-Vorwahlzähler 28 ebenfalls auf 6 einstellen, jedoch mit einer HF-Frequenz von 39,6 kHz arbeiten und erhält auch so am Fehlerzähler die Ganganzeige direkt in See/Tag. Beim HF-Oszillator kann es sich um einen Oszillator mit einer oder zwei oder sogar drei wählbaren Frequenzen handeln, oder aber um einen Oszillator mit einem kontinuierlich'verstellbaren Frequenzbereich,

An den Fehlerzähler 32 ist eine Sortiereinrichtung angehängt. Sie besteht aus einem Vorwahlzähler 34 zur Wahl der Klassenbreite, dem sogenannten Klassenbreitevorwahlzähler, einem Zähler 35 für die Bestimmung der Klasse, dem sogenannten Klassenzähler und einer Klassenanzeige- und Magazinsteuereinrichtung 36, welche auch vom Vorzeichenanzeiger 33 ein Signal erhält.

Der Klassenbreitevorwahlzähler kann z.B. auf 60 eingestellt sein, was zur Folge hat, daß er auf jeden sechzigsten vom Fehlerzähler 32 ihm zugehenden Impuls einen Impuls an den Klassenzähler abgibt. Von ..,dort geht das

Signal zur Anzeige- und Magazinsteuereinrichtung 36, die von der Vorzeichenanzeige 33 noch zusätzlich die Information erhält, ob es sich um einen vorgehenden oder nachgehenden Gang handelt. Wenn ein mechanisches Schwing-

system also eine Eigenfrequenz hat, die um ■ über dßr Sollfrequenz liegt, was einem Gang von 172,8 See/Tag entspricht, dann wird der Fehlerzähler 32 172 Impulse zählen und die Vorzeichenanzeige wird + anzeigen. Der Klassenzähler wird 2 Impulse zählen.

Als Ablegemagazin für die gemessenen Spiralfedern kann beispielsweise irgendeine karussdlähnliche Anordnung verwendet werden, die sich durch die Magazinsteuereinrichtung auf an sich bekannte Art und Weise so drehen läßt, daß für jede Klassönnummer ein bestimmtes Ablegefach an der Stelle steht, an welcher der von der Steuervorrichtung-21 gesteuerte Transportarm 20 nach durchgeführter Messung die von der Welle 14 abgehobene Spiralfeder 19 abwirft.

Die vorstehend beschriebene Meß- und Sortiereinrichtung hat gegenüber den vorbekannten Einrichtungen wesentliche Vorteile;

a) dadurch, daß das elektrische Signal von der sich öffnenden und schließenden Spiralfeder und nicht, wie das bei ähnlichen Vorrichtungen üblich ist, von der sich drehenden Welle abgenommen wird, erhält man eine

lageunabhängige Anzeige, d.h. es spielt keine Rolle, wie die Spiralfeder auf der Welle aufgesetzt ist;

b) durch Verstellen des Gangvorwahlzählers läßt sich der Nullpunkt.des Meßsystems beliebig wählen, was zur Folge hat, daß man zum Ausmessen und Aussortieren von Spiralfedern nicht darauf angewiesen ist, die zur betreffenden Sollfeder passende Referenzunruh einbauen zu müssen; man kann vielmehr mit ein und derselben Referenzunruh die Spiralfedern mit den verschiedensten Solleigenwerten aussortieren, indem man den Gangvorwahlzähler entsprechend einstellt;

c) das Meßresultat kann direkt in Einheiten des Ganges (See/Tag) abgelesen werden, und die Aussortierung kann auch nach ,diesen Einheiten erfolgen;

d) die Gruppenbreite der Aussortierung ist von der Meßdauer und von der Eigenfrequenz des mechanischen Schwingsystems unabhängig und kann mittels eines einzigen Vorwahlzählers für alle Gruppen gleich eingestellt werden;

e) die Einrichtung ist in bezug auf den Aufwand an elektronischen Baueinheiten im Verhältnis zur Leistung außerordentlich einfach gestaltet, was einen günstigen Preis und geringe Störanfälligkeit und einfachste Bedienung zur Folge hat. /

Selbstverständlich kann eine neuerungsgemäße Einrichtung noch mit weiteren, nicht gezeichneten Bestandteilen ausgerüstet sein, So ist es z„B. zweckmäßig, wenn statt eines Transportarmes zwei vorhanden sind, die abwechslungsweise die Spiralfeder 19 auf die Welle 14 aufstecken, und zwar so, daß sich der eine an der Lade- und Entladestation befindet, während der andere die Spiralfeder 19 auf die Welle aufsteckt, die Messung abwartet und die Spiralfeder dann wieder wegnimmt.

Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise der Einrichtung ist unabhängig davon, ob Spiralfedern ausgemessen werden oder ob eine Referenz spiralfeder auf der Welle 14 sitzt und die Transportarme die zu messenden Unruhen aufstecken und wegnehmen. Man kann selbstverständlich mit derselben Einrichtung auch fertig ausgerüstete, also mit Unruh und Spiralfeder versehene Schwingsysteme ausmessen und nach Eigenfrequenzen klassifiziert sortieren.

Claims

!A.20<f 5^1*13.07 Schutzansprüche

1. Einrichtung zur Messung des Kraftmomentes von abgelangten Spiralfedern und des Trägheitsmomentes von Unruhen, die wahlweise mit einer pivotierten Referenzunruh zum Aufstecken einer auszumessenden Spiralfeder oder mit einer pivotierten Spiralfeder zum Aufstecken einer zu messenden Unruh ausgerüstet werden kann, wobei Mittel vorhanden sind, um das aus der am äußeren Ende festgehaltenen Spiralfeder und der Unruh bestehende mechanische System in Eigenschwingungen zu versetzen, gekennzeichnet durch eine die Differenz zwischen der Dauer einer einstellbaren Schwingungszahl und der Solldauer dieser Schwingungszahl messende, elektrische Differenzmeßeinrichtung und eine^: _: Sortiereinrichtung, die die ausgemessenen Spiralfedern (19), bzw. Unruhen (15), entsprechend der gemessenen Zeitdifferenz in Zeitdifferenzklassen aufteilt, wobei die· Meßeinrichtung eine die Schwingungen des mechanischen Systems in elektrische Signale umwandelnde Einheit aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Umwandlung der Schwingungen des mechanischen Systems neben der Spiralfeder (19) angeordnet ist und die mechanischen Schwingungen direkt an der sich öffnenden und schließenden Spiralfeder (19) abnimmt.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung der Breite der Zeitdifferenzklassen vorgesehen sind. "

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Umwandlung der Schwingungen des mechanischen Systems in elektrische Signale eine kapazitive Sonde (24) enthält, die auf die radialen Bewegungen der Spiralfeder (19) anspricht.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Umwandlung der Schwingungen des mechanischen Systems in elektrische Signale eine Sonde enthält, die auf die Kraftänderungen der äußeren Festhaltestelle der Spiralfeder (19) anspricht.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Solldauer für jede einstellbare Schwingungszahl beliebig einstellbar ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzmeßeinrichtung einen HF-Oszillator (30) mit einstellbarer Frequenz, einen die von der sich öffnenden und schließenden Spiralfeder (19) unmittelbar abgeleiteten Impulse verarbeitenden Vorwahlzähler (28) für die Perioden des mechanischen Schwingsystems (14, 15, 19), einen Vorwahlzähler (31) für die HF-Schwingungen und einen Zähler (32) für diese Schwingungen enthält, wobei der Oszillator (30) über zwei Tore so mit diesen Zählern verbunden ist, daß zu Beginn einer am Periodenvorwahlzähler (28) einstellbaren Periodenzahl des mechanischen Schwingsystems der HF-Oszillator (30) durch ein erstes Tor (Tor 1) mit dem HF-Vorwahlzähler (31) verbunden wird und nach Zählung der vorgegebenen Anzahl HF-Schwingungen ein Signal zu einem zweiten Tor (Tor 2) gibt, das mit dem Perioden-Vorwahlzähler (28) derart verbunden ist, daß es nach Ablauf der eingestellten Periodenzahl von ihm ein Signal erhält, wobei das erste der beiden eintreffenden Signale den HF-Oszillator (30) mit dem HF-Zähler (32) verbindet und das zweite Signal diese Verbindung wieder unterbricht.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzmeßeinrichtung einen HF-Generator (30) und ein Tor (Tor 2) enthält, welches während der Zeitdifferenz zwischen einer einstellbaren Sollzeit und der Zeit einer einstellbaren Anzahl von Schwingungen des mechanischen Systems geöffnet 1st und' so die HF-Impulse zur Sortiereinrichtung gelangen läßt, die ihrerseits einen Vorwahlzähler (34) zur Wahl der Klassenbreite, einen Zähler (35) zur Bestimmung der Klasse und eine durch diesen Klassenzähler gesteuerte Anzeige- und Magazinsteuereinrichtung enthält.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor-

wahlzähler (34) zur Wahl' der Klassenbreite einstellbar ist,

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der¹ vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzmeßeinrichtung Schaltelemente (Tor 3, Tor 4, 33) zur Bestimmung des Vorzeichens der Differenz enthält.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (Tor 3, Tor 4, 33) zur Bestimmung des Vorzeichens mit der Gruppenanzeige-und Magazinsteuereinrichtung verbunden sind.