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Elastische Kopplung zwischen einem Triebwerk, insbesondere einem Uhrwerk
" und einem dessen Ablauf regelnden Glied. Es entspricht einer alten Erkenntnis,
bei Benutzung von Räderwerken zur Zeitbestimmung (Uhrenmechanismen) ein Organ zu
verwenden, welches in gleichen Zeitperioden hemmend in das Uhrwerk eingreift und
auf diese Weise den Gang regelt. Ebenso bekannt ist es, daB das zu diesem Zwecke
verwendete Pendel (oder die Unruhe) die zur Aufrechterhaltung der schwingenden Bewegungen
erforderliche Energie aus diesem Vorgang schöpft. Man hat zwischen das
Pendel
und das zu regelnde Triebwerk bereits elastische Mittel eingeschaltet, welche die
zum dauernden Gang des Pendels nötige Energie auf dieses vom Triebwerk übertragen
sollten. Diese Einrichtung hat sich aber in der Uhrentechnik bisher nicht einführen
können. Eine solche elastische Kopplung betrifft die Erfindung, und zwar soll gemäß
dieser unter Zugrundelegung von aus der modernen Schwingungslehre übernommenen Erfahrungen
die Kopplung zwischen dem Gangregler (Pendel, Unruhe u. dgl.) und dem Triebwerk
so bemessen werden, daß die mittels der Kopplung übertragene Energie im Beharrungszustand
der vom Regler verbrauchten Energie soweit als möglich gleich wird. Es wird so möglich,
dem Reglerglied dauernd auf seinem gesamten Weg Energie zuzuführen. Es läßt sich
dies z. B. dadurch erreichen, daß eine auf der Triebwerkachse sitzende Kurbel den
Anschlußpunkt der Kopplung am schwingenden System umkreist.
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Im folgenden ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen dargestellt.
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In Abb. i ist a ein Pendel, c eine Kurbel und k eine elastische Feder.
Wird die Feder k genau so lang bemessen wie der Kurbelarm c, so kann sich die Kurbel
drehen, ohne daß das Pendel zu Schwingungen angeregt wird. Weicht dagegen die Feder
in bezug auf ihre Länge von dem Kurbelarm ab, ist sie beispielsweise kürzer, so
erhält das Pendel bei jeder Umdrehung der Kurbel zwei Impulse, die nach dem Sinusgesetz
verlaufen, und führt seinen Freiheitsgraden entsprechend Schwingungen um den Aufhängepunkt
aus. Die umlaufende Kurbel wirkt somit kontinuierlich erregend auf das mechanisch
schwingende System, das Pendel, ein, und dieses wirkt umgekehrt regelnd bzw. Energie
verbrauchend auf die Kurbel und das Uhrwerk.
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Stellt man durch geeignete Justierung die Koppelfeder k so ein, daß
sie pro Umlauf dem Pendel genau so viel Energie zuführt, als diesem durch Reibung,
Luftwiderstand und Hemmungsarbeit entzogen wird, so erhält man einen Gleichgewichtszustand
und gleichzeitig die günstigste Reglerwirkung, die im vorliegenden Falle überhaupt
erzielbar ist. Es ist also unter Zuhilfenahme eines elastischen Zwischengliedes
k (der losen Kopplung) möglich, ein mechanisch schwingendes System kontinuierlich
zu erregen, und, wie sich praktisch mit Leichtigkeit erweisen läßt, tritt auch in
diesem Falle die den Umlauf eines angetriebenen Räderwerkes regelnde bzw. hemmende
Wirkung des schwingenden Systems ein. Die in Abb. i dargestellte Vorrichtung eignet
sich somit zum Steuern von Uhren und anderen Vorrichtungen, deren Umlauf in Abhängigkeit
von der Zeit geregelt werden soll.
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Eine andere Ausführung der Erfindung ist in Abb. 2 veranschaulicht.
Auch in diesem Falle bezeichnet a das Pendel und c die antreibende Kurbel. Die Kopplung
besteht aus zwei in einem Rahmen d befestigten Federn k1 und k2, die auf Zug oder
Druck oder auch auf Zug und Druck beansprucht werden können. Der Rahmen
d, der durch die Pleuelstange b mit der Kurbel c verbunden ist, kann,
wie dargestellt, eine eigene Aufhängung besitzen und unabhängig von dem Pendel schwingende
Bewegungen ausführen, wobei das- Pendel durch eine zwischen die Federn 4 und k2
hineinragende Mitnehmervorrichtung mit entsprechender Nacheilung ebenfalls in schwingende
Bewegung versetzt wird. Die Energie aufnehmende bzw. hemmende Wirkung erfolgt auch
bei diesem und allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen, wie bereits dargestellt.
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In Abb. 3 ist als Koppelfeder k eine Flachfeder verwendet, deren Aufhängung
am Pendela selbst, wie eingezeichnet, oder auch außerhalb desselben erfolgen kann.
Grundbedingung ist nur, daß zwischen dem erregenden, mit konstanter Amplitude hin
und her gehenden System und dem regelnden, mit veränderlicher Amplitude frei schwingenden
System, nämlich dem Pendel, der Unruhe -u.-dgl., ein. entsprechend abgeglichenes,
elastisches Mittel eingeschaltet wird.
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Die Abgleichung dieses koppelnden Organs kann auf rechnerischem Wege
geschehen, indem man das genannte Organ so bemißt, daß es eine Energie Aw zu übertragen
vermag, die sich zu der im schwingungsfähigen Gebilde vorhandenen Energie
Am verhält wie das doppelte Dekrement der Dämpfung z (D, d. h. es muß sein
wobei die Dämpfung des schwingungsfähigen Gebildes in bekannter Weise bestimmt werden
kann. Derselbe Effekt kann jedoch auch durch empirische Justierung der Feder erzielt
werden, da bekanntlich die Elastizitätskonstante einer jeden Feder durch Änderung
ihres Querschnittes oder ihrer Länge in beliebigen Grenzen variiert werden kann.
Im vorliegenden Falle wird eine weitgehende Änderung der Elastizitätskonstante der
Koppelfeder dadurch erreicht, daß die Einspannstelle der Feder oder der Angriffspunkt
der Pleuelstange bzw. beide so variiert werden, daß sich eine größere oder geringere
Federlänge ergibt.
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Je nach der Schwingungszahl des Pendels macht die Kurbel eine halbe,
eine oder mehrere Umdrehungen je Sekunde. Das entspricht einer Drehzahl von 30 oder
mehr in der Minute. Es ist somit möglich, die betreffende Kurbel unmittelbar oder
auch unter Zwischenschaltung weiterer Antriebsorgane durch einen ganz schwachen
Elektromotor, der beispielsweise in die Lichtleitung eingestöpselt wird, anzutreiben
und
auf diese Weise Gewichts- oder Federaufzug entbehrlich zu machen. Daß die beschriebene
Vorrichtung natürlich auch bei Verwendung von Feder- oder Gewichtsaufzug benutzt
werden kann, braucht wohl nicht besonders dargetan zu werden. Um einen Ausgleich
im Gange gehemmter Räderwerke zu erzielen, kann man zwischen dem gehemmten und dem
angetriebenen Teil des Werkes, im vorliegenden Falle zwischen Kurbelwelle c und
Antriebsrad r1 (Abb. 3), ein akkumulierendes Organ, z. B. eine Feder e, einschalten.
Eine ähnliche Wirkung kann man erzielen durch Anwendung eines elastischen Schnurentriebes.
Es ändert jedoch grundsätzlich auch nichts an der vorliegenden Erfindung, wenn beim
Hemmen des Räderwerkes der Antriebsmotor mitgehemmt wird.
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Ist das schwingende System kein Pendel, sondern eine Unruhe, so tritt
an Stelle des Energie akkumulierenden Erdfeldes eine Sammelfeder f (Abb. 4 und 5),
die gemeinsam mit der Masse des Schwungrades das schwingende System verkörpert.
Die Koppelfeder k kann entweder eine einfache Flachfeder (Abb. 5) oder eine Drehfeder
(Abb. 4) sein. Es sind jedoch auch andere Kombinationen denkbar, durch die an sich
das Wesen der Erfindung nicht geändert wird. Auf jeden Fall ist die elastische Kopplung
so zwischen das mit konstanter und das mit variabler Amplitude schwingende System
geschaltet, daß sie auch etwaige Unterschiede zwischen den beiden Ausschlägen auszugleichen
vermag und ein Voreilen des treibenden Systems vor dem getriebenen gestattet. Der
Hebelarm (Abb. 4) dient, wie der Rahmen d der Abb. 2, zum Befestigen der Koppelfeder
und zu deren Führung im Zustande der Bewegung. Es ist nach oben Erwähntem ohne weiteres
verständlich, daß beim Umlaufen der Kurbel c (Abb. 4 und 5) das System
a f in Schwingungen versetzt wird und daß es seinerseits auf dem Wege der
Rückvirrkung hemmend auf die Kurbel einwirken muB, daß also auch oszillierende Massen
in Verbindung mit akkumulierenden Federn bei kontinuierlicher Erregung als regelnde
Mechanismen für Uhrwerke usw. verwendet werden können.
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Bei richtig bemessener Kopplung führt das Uhrwerk einen auffallend
ruhigen Gang aus, während es bei zu loser Kopplung Neigung zum Durchgehen (zum Galoppieren)
aufweist und bei zu fester Kopplung mit Rücksicht darauf, daß bei jeder Halbschwingung
überschießende Energiequantitäten vernichtet werden müssen, unregelmäßige und unruhige
Bewegungen ausführt. Die günstigste Einstellung ist also ohne Schwierigkeit leicht
empirisch zu ermitteln. Uhrwerke, die nach der Erfindung kontinuierlich geregelt
werden, weisen gegenüber stoßerregten Lehren einen geräuschlosen Gang auf, was vielen
Ortes als ein Vorteil empfunden wird. Ganz besonders wichtig ist jedoch, daß die
dem Regler zugeführte Energie genauestens bemessen, d. h. daß die Koppelenergie
in quantitativer Hinsicht genauestens eingestellt und damit die relativ beste Regelung
des betreffenden Mechanismus erzielt werden kann, während bei stoßerregten Uhren
ein diesbezüglicher nachträglicher Eingriff überhaupt nicht möglich ist.