DE7009540U - Ankerhemmung fuer unruhuhren. - Google Patents

Description

Ankerhemmung für Unruhuhren

Die Erfindung betrifft eine Ankerhemmung für Unru&uhren, besiehend aus Hemmungerad und Anker, welche einen unruhechwinger antreibt und durch ein Zahnrad, insbesondere SekunAenrad, angetrieben wird.

Bei bekannten Uhren dieser Art, die mit erhöhter ftrequens fiw· Unruhschwingers arbeiten (siehe A. Simon-Vermot, Bulletin annuel de la Soeiete Suisse de Chronometrie 1966, Seite 3o1 bis 3o7), hat das Hemmungsrad uegen seiner hohen ftähnesahl und wegen des mit Rücksicht auf Herstellung und Festigkeit erforderlichen Mindestwertes seines Moduls einen bestimmten Mindestdurchmesser und ein entsprechend großes Massenträgheit··- ■) moment. Das gleiche gilt auch für den Anker, dessen Abmessungen durch die Größe des Hemmungsrades bestimmt werden. Obwohl die entwicklung in der Uhrentechnik eine Verkleinerung der Ankerhemmung anstrebt, ist es bis heute nicht gelungen, eine derartige Ankerhemmung an ein Uhrwerk mit kleiner Unruh, insbesondere einer Damen-Armbanduhr, anzupassen. VHwIHBl wird immer wieder ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Abmessungen be». die Massenträgheitsmomente dieser Ankerhemmungen unter einem Größtwert bleiben sollen, der durch Abmessungen und Massenträgheit smomente der Unruh bestimmt ist, ba*. daß diese Ankerhemmungen nur bei ausreichend grofler übertragender Leistung vorteilhaft arbeiten, da sonst der Wirkungsgrad der, Ankerhemmungen stark ") abnimmt und die Ganggenauigkeit der Uhr beeinträchtigt werden kann. (Siehe P. Chopard, Bulletin annuel de la Soeiete Suinee de Chronometrie 1967, Seite 497 bis 5o1i J. Kaiser, Jahrbuch der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie, Bd. 19 (1968), Seite 67 bis 73« F, Bonsack et al., Bulletion annuel de la Soeiete Suisse de Chronometrie 1968, Seite 600 bis 60&) Die·· Bedingungen können mit derartigen Ankerhemmungen aber nur bei ausreichend großen Uhrwerken erfüllt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ankerhemmung eingangs beschriebener Art mit möglichst kleinen Abmessungen zu entwickeln, bei der diese Nachteil» nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäe dadurch gelöst, daß, um möglichst kleinen Durchmesser sowie kleines Trägheitsmoment des Hemmungsrades zu erhalten, das Hemmungsrad weniger als 15 Zähne, ins ^sondere weniger als 12 Zähne hat. Hierdurch werden die Trägheitswirkungen der Ankerhemmung wesentlich herabgesetzt.

Obwohl an Uhren mit erhöhter Unruhfrequenz seit etwa i960 gearbeitet wird, wurde lediglich die Zähnezahl des Hemmungsrades erhöht, um ein Zwischenrad einzusparen; die Versuche bewegten sich also in anderer Richtung als der Gegenstand der Erfindung. Selbst durch die Verwendung eines Zwischenrades zwischen Sekundenrad und Hemmungsrad, welches aufgrund der niedrigeren Zähnezahl dee Hemmungerades erforderlich sein könnte, entsteht kein Hachteil. Die Verwendung eines Zwischenrades hat die Vorteile, daß infolge der niedrigeren Zähnezahlen eine günstigere Verzahnung von Sekundenrad und Zwischenrad möglich ist und außerdem die Trägheitsmomente dieser Räder so verteilt werden können, daß sie nur einen geringen Beitrag zum effektiven Trägheitsmoment des Hemmungsrades liefern. Hur durch die nachstehend beschriebenen neuen Erkenntnisse werden die Mi ingel der früheren Lösung und die Vorteile der neuen Lösung deutlich.

wie eich aus der Energiebilanz des Uhrwerks und des Unruhschwinger β bei stationärer Schwingung ergibt, sind die effektiven Trägheit snoaen te von Hemmungsrad (Ö_R) und Anker (Θ_Α) näherungsweise nach der Gleichung

ait den folgenden kinematischen und physikalischen Größen dee Bnrwor&es verknüpft 1

Υ aittlere LsietUQg, die am Federhaus zur Verfugung steht β ^ üiiMiagagral 4«· Räderwerks bis sub Hemmungsrad

IJHB&efree,«»»*« Α» stationäre Aaplttud« des Unruhschwingers

voa Heaeuagerad zur unruh zu Beginn

*&■ Anker wur Uteran su Besinn der

790954013,172

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ii

^ Pauschaler Wirkungsgrad der Ankerhemmung, wenn von Trägo

heitswirkungen und Stofien abgesehen wird

η Pauschaler Wirkungsgrad der Ankerhemmung einschließlich der Trägheitswirkungen und Stöße

Sa die Größen Kj^, ^₀, (d#/dcL)_m und (cf/J/dcO^ durch

die Konstruktion und Ausführung des Räderwerkes und der Ankerhemmung bestimmt sind, stehen ®_H und Θ. mit den Veränderlichen P, co , Aq und η in der angegebenen Beziehung.

Mit der Größe des Uhrwerkes ist im wesentlichen auch das Volumen des Federhauses gegeben und die verfügbare Gesamtenergie, denn die Energiedichte des Federhauses ist annähernd konstant. Bei gleicher Werkhöhe ist die Gesamtenergie etwa proportional zum Quadrat des Werkdurchmessers. Das gilt auch von der mittleren

Leistung P, denn die Mindestlaufdauer (Gangreserve) einer Armbanduhr sollte 1,5 Tage betragen. P ist also im wesentlichen durch die Abmessungen des Uhrwerkes bestimmt.

Die Größe der Kreisfrequenz uo kann in einem bekannten Bereich gewählt werden. Die Größe von A_Q und r£ hingegen liegt praktisch fest, denn mit Rücksicht auf die Ganggenauigkeit der Uhr soll die mittlere stationäre Amplitude größer als 220° sein (um die Auswirkung der Isochronismusfehler des Schwingers bei Änderungen des Aufzugzustandes und der Lage gering zu halten), und der Wirkungsgrad der Ankerhemmung soll beim dynamischen Hemmungsvorgang nicht viel kleiner sein als beim quaeistatiechen. Es kann z.B. M /n _Q £ 0,9 verlangt werden. Mit der Konstruktion der Ankerhemmung und dem Reibwert ist der Wirkungsgrad η gegeben, und so liegt mit dieser Forderung auch »^ fest. Diese beiden Forderungen sollen e rfüllt sein, auch wenn die Kreisfrequenz ca erhöht wird (z.B. Unruhschwinger mit der Frequenz 5 Hz statt 2,3 Hz) oder wenn nur eine kleinere Leistung ρ zur Verfügung steht (z.B. bei kleinen Damen-Armbanduhren). Damit der Wirkungsgrad der Ankerhemmung in diesen Fällen nicht abnimmt, müssen die Trägheitsmomente ©„, 9. von Hemmungsrad und Anker nach obiger Gleichung entsprechend verkleinert werden.

Die Trägheitsmomente können aber nicht beliebig verkleinert werden; denn mit "Modul" und Zahnezahl liegt der Durchmesser des Hemmungsrades fest, der bei Verkleinerung etna in dritter Patenz auf das Trägheitsmoment eingeht, und auch für die Dicke und für die Dichte, die als Faktoren im Trägheitsmoment auftreten, gibt es untere Grenzen.

Der firkungegrad i| ist mit der Konstruktion der Ankerhemmung und mit dem Reibwert gegeben«, Weitere Untersuchungen ergaben, dafi unter gleichen Voraussetzungen der Wirkungsgrad η von Ankerhemmungen, die gleich großen "Modul" des Hemmungsrades und gleich große Spiele haben, praktisch unabhängig von der Zähnezahl des Hemmungeradeβ und dem AnkerUbergriff ist. Die Sicherheitespielräume und die Spiele des Ankers können mit Rücksicht auf Fertigung, Herstellungskosten und Funktionssicherheit der Ankerhemmung nicht beliebig verringert »erden. Nimmt man an, daß ein "Modul" des Hemmungarades von 0,2 mm fertigungstechnisch ger&de noch möglich ist (die Breite von Palette und Zahn zusammen müßte dann kleiner als 0,3 mm sein), so ist mit den möglichen Mindestwerten der Spiele und des "Moduls" der Wirkungsgrad rt etwa 0,45.

Mit Rücksicht auf die fertigungstechnischen Möglichkeiten (Mindestwerte des "Moduls" des Henanungsrades und der Spiele) und auf den Wirkungsgrad η können also das Hemmungsrad und damit die Trägheitsmomente von Hemmungsrad und Anker nicht beliebig verkleinert werden.

Will man aber die Ankerhemmung weiter verkleinern, um sie an eine Unruh mit höherer Frequenz oder an eine kleine Unruh anzupassen, so bleibt wegen des Mindestwertes für den "Modul"⁵ nur noch die Möglichkeit, die Zähnezahl und ebenso den Durchmesser des Hemmungsrades zu verkleinern, womit auch der Anker kleiner wird, und in das Räderwerk eine zusätzliche übersetsungsstufe einzubauen. Wie sich diese konstruktive Änderung auf die Größen in der Gleichung auswirkt, soll kurz dargelegt und an einem Beispiel gezeigt werden:

_■

Man kann nachweisen, daß bei gleichen Modul eich das Trägheit·. moment e_fi dee Η—ungerades etwa mit der dritten Pot ens seiner Zähne zahl Z verändert, wogegen die Winkel über eetsung (tb·)™ proportional zu Z~ sein kann, aber bei geeigneter Gabelttbersetzung oder geeigneter Form der Wirkungeflächen von Paletten und/oder Zahn auch proportional su Z~ i sein kann. Das Produkt Θ« (4^·)™ (auf der linken Seite der Gleichung) kann demnach

ρ ι
proportional Z bis Z sein, letsteres im ungünstigsten Fall.

Entsprechendes gilt auch vom Anker. Verwendet man bspw. statt eines Hemmungsrades mit 21 Zähnen

ein Hemmungsrad mit 7 Zähnen (bei gleichem Modul), eo kann man

damit die linke Seite der Gleichung mindestens um den Paktor j _ kleiner machen. Dementsprechend kann dann auf der rechten Seite ·* P verkleinert «erden oder f^ vergrößert oder ca ⁵ erhöht werden. (Oa bei der verringerten Zähnezahl eine zusätzliche Laufwerkstufe erforderlich ist, ist dabei W _w um den Paktor 0,95 kleiner).

Im Vergleich zu einem Hemmungsrad großer Zähnezahl kann man mit einem Hemmungsrad gleichen "Moduls", aber kleinerer Zähnezahl eine wesentliche Verringerung der Trägheitewirkungen der Anker· hemmung erreichen, besonders wenn die zusammenwirkenden Flächen von Paletten und Zahn zweckmäßig geformt sind. Diese Verringerung der Ausdrücke auf der linken Seite der Gleichung kann genutet werden um -siehe die rechte Seite- die Frequenz der Unruhschwingung zu erhöhen, oder um die Leistung P des Uhrwerkes herabzusetzen, oder um den dynamischen Wirkungsgrad η der Ankerhemmung zu vergrößern.

Ein Hemmungsrad mit geringer Zähnezahl erlaubt also die Anpassung der Ankerhemmung an Unruhen mit erhöhter Frequenz, oder an Uhrwerke mit kleiner Leistung bzw. kleiner unruh.

Bach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung siad die bei der Kraftübertragung zusammenwirkenden Flächen ae Hemmung srad-Zahn und/oder an den Paletten des Ankers abgefast und mindestens teilweise nach außen gekrümmt (konvex).

Die nach außen gekrümmte Ausbildung dieear flächen öler «in·β Teile« davon hat kleinere WinkelUbersetsungen (dtf/<tck)_m sur folge und hat nach der diskutierten Gleichung den Vorteil einer zusätzlichen Verringerung der Trägheitewirkungen der Ankerhemmung.

Bach einer aueät suchen Ausgestaltung der Srfindung Bind Hemmungsrad und Anker rein räumlich unter der fläche der Unruh angeordnet.

▼orteile dieser Anordnung sind die Lagerung von Hemmungsrad und Anker in eines gemeinsamen Klötzchen, «as sine Lagerung mit geringen Maßabweichungen ermöglicht, und eine durch die kleine Ankerhemmung und durch das Zwischenrad mögliche variablere Anordnung des Unruhschwingers mit Ankerhemmung und des Zwiechenradee im Uhrwerk.

Hemmungsrad, Anker und Unruh können mit ihren Lagerungen zusammen als gemeinsame Baugruppe ausgeführt werden, wie sie ▼on Großuhren her unter der Bezeichnung "Echappement" bekannt ist und die den Vorteil hat, daß sie sich als Ganges einbauen und austauschen läßt.

Hach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können Hemmungsrad und/oder Anker aus Kunstetoff bestehen. Die fertigungstechnischen Vorteile bestehen darin, daß Hemmungsrad und/oder Anker mit der erforderlichen Maßhaltigkeit In Kunststoff gespritzt werden können, da ihrer kleinen Abmessungen und kompakten form wegen die Maßabweichungen durch Versiehen oder Schwund kleiner gehalten «erden können als bei den herkömmlichen Ankerhemmungen. Nacharbeiten und Justierarbeiten entfallen^ Außerdem können äie Paletten des Ankere Über die Sbene des Ankerkörperβ hinausragen und Über dieser Ebene mit den Sahnen des Hemmungsrades zusammenwirken -ähnlich wie bei der bekannten Stiftankerhemmung-, so daß der Anker besonders stabil sein kann und der mögliche Hemmungsrad-Durchmesser nicht durch den Ankerkörper, sondern durch die Ankerwelle begrenzt wird, wie es für die Konstruktion der Ankerhemmung vorteilhaft let.

Sin AueflUiruBgebeiepiel dee Gegenstandes der Erfindung ist vereinfacht und in vergrößertem Maßstab in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Bs zeigen

Figur 1 eine Draufsicht auf Sekundenrad, Zwischenrad, Hemmung sr ad, Anker und Unruh

Figur 2 eine Zahnform des Hemmungsrades einer Stiftankerheaaung nach Figur 1 in vergrößertem Maßstab.

Ein Sekundenrad 1 treibt über ein Zwischenrad 2 ein Hemaungs-

rad 3 an. Beim Hebungsvorgang treiben die Hebeflachen4 der

Zähne 5 des Heuningsradee 3 über Paletten (Ankerstifte) 6 t

bzw. 7 einen Anker 8 an, der auf einer Ankerwelle 9 angeordnet lety welche drehbar gelagert ist. Der Anker θ Überträgt mit seiner Gabel 10 die Kraft auf einen Hebelstein 11, der in einer Scheibe 12 befestigt ist, die mit der Unruh 13 auf einer Unruhwelle 14 angeordnet ist, welche drehbar gelagert

Ein Zahn 5 des Hemmungeradea 3 let im Eingriff mit einer Palette 6 des Ankere 8. Die Hebefläche 4 ist in ihrem An-

fangssttick 15, um die Trägheitswirkungen zu vermindern,abgefast und z.T. konvex ausgebildet.

Claims (4)

It Pat entanaprüche s

1. Ankerhemmung für Unruhuhren, bestehend aus Hemaungsrad und Anker, «eiche einen Unruhechwinger antreibt und durch ein Zahnrad, insbesondere Sekundenrad, angetrieben wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Hemmungsrad (3) weniger als 15 Zähne (5) insbesondere weniger als 12 Zahne hat.

2. Ankerhemmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kraftübertragung zusammenwirkenden Flächen am Hemmungeradzahn (5) und/oder an den Paletten (6} und (7) des Ankers (8) abgeflfaat und mindestens teilweise in an sich bekannter Weise nach außen gekrümmt (konvex) sind.

3« Ankerhemmung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet., daß Hemmungsrad und Anker rein räumlich unter der Fläche der Unruh (13) angeordnet sind.

4. Ankerhemmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dafi Hemmungarad und/oder Anker aus Kunststoff bestehen.