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Vorrichtung zum Abstimmen von Unruhspiralen Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur selbsttätigen Federeinstellung und Abstimmung von Unruhen,
wie sie in Uhren u. dgl. verwendet werden.
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Bei der Herstellung von Uhren wird jeder Unruhkranz mit seiner zugehörigen
Spiralfeder vor der Einfügung in die Uhr abgestimmt, um zu sichern, daß die Schwingungsfrequenz
innerhalb der vorgesehenen Regelgrenzen liegt.
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Gewöhnlich wird diese Vorabstimmung durch stufenweises Verringern
der Länge der Spiralfeder erreicht, bis die Unruh mit der gewünschten Frequenz schwingt.
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Die bekannten Einrichtungen zur Erzielung dieser Vorabstimmung können
in zwei Hauptklassen eingeteilt werden: Bei einem Haupttyp beruht die Abstimmung
auf dem Grundsatze, daß der Schwingungsausschlag eines Schwingsystems zu großen
Höhen anwächst, wenn es in seiner Eigenfrequenz erregt wird. Bei dieser Art Einrichtungen
wird die der Prüfung unterworfene Unruh dazu gezwungen, auferlegte Schwingungen
unter dem Einfluß gleicher Frequenz auszuführen, wie sie eine Prüfeinrichtung besitzt,
während die Länge der Spiralfeder auf den Punkt eingestellt wird, bei dem der Schwingungsausschlag
des Kranzes einen Höchstwert erreicht.
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Im Gegensatz zu dieser ersten Art bekannter Einrichtungen besteht
das Kennzeichen des zweiten Typs darin, daß der Kranz freie Schwingungen ausführen
kann, deren Frequenz mit einer vorbestimmten
Musterfrequenz verglichen
wird, während die Spiralfederlän.ge bis zu einem Punkt eingestellt wird, bei dem
die von dem Kranz ausgeführten Schwingungen eine Frequenz gleich der der besagten
Musterfrequenz haben.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung dieses zweiten Typs,
bei dem also der Kranz freie Schwingungen ausführt, deren Frequenz mit der eines
vorbestimmten Mustergerätes verglichen wird. Die Erfindung besteht in einer selbsttätigen
Federeinstellungs- und Abstimmungseinrichtung für eine Unruh mit Kranz und Spiralfeder,
wie sie bei Uhren u. dgl. verwendet wird. Dabei wird die Unruh in einer Weise angebracht,
die die Bedingungen in dem Mechanismus nachahmt, in demsie benutzt werden soll.
Das umfaßt elektrische Aufrechterhaltung der Schwingungen -des Kranzes während der
ganzen Einstellung, Mittel zur Erzeugung elektrischer Stöße von einer Frequenz,
die der der jeweiligen Eigenschwingung der Unruh entspricht, das Zeitnormal, das
Stromstöße mit vorbestimmten Zeitabständen hervorruft, unter der Kontrolle der Unruhschwingungen
stehende Einrichtungen zum Anlassen des Zeitnormals, einen elektrischen Motor mit
Drehung nur dann, wenn ein Unterschied zwischen den Unruhschwingungen und den Zeitnormalschwingungen
besteht, Einrichtungen zwischen dem Elektromotor und der Spiralfeder, die das Kürzen
der Wirklänge der Spiralfeder stufenweise von dem Elektromotor aus ermöglichen und
damit den Unterschied zwischen den Unruhschwingungen und den Zeitnormalschwingungen
mindern, derart, daß das weitere Kürzen der Spiralfeder aufhört, wenn :dieser Unterschied
gleich Null geworden ist.
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Angenommen, die Unruh soll auf eine Schwingung von 2 Hz eingestellt
werden, die also von dem Zeitnormal in Form von elektrischen Impulsen geliefert
wird; angenommen ferner, die Unruh schwingt in einem bestimmten Augenblick des Abstimmens
mit einer Periode von 52o Millisekunden. Unter diesen angenommenen Bedingungen wird
von dem Zeitnormal, das von einem Impuls der Unruhschwingung in Gang gesetzt ist,
Soo Millisekunden nach dem Anstoß ein Impuls ausgesendet, der also 2o Millisekunden
vor dem Auftreten des nächsten Unruhimpulses auftritt. Es ergibt sich so ein Zeitunterschied
von 2o Millisekunden, und innerhalb dieses wird der Kürzungsmotor für die Spiralfeder
wirksam sein. Als Folge dieser Kürzung wird die folgende Schwingung eine Periode
kürzerer Dauer haben. Da nun der Kürzungsmotor unter der Kontrolle des Zeitunterschiedes
steht, so sind die hervorgerufenen Verhältnisse derart, daß sie auf eine fortschreitende
Minderung des Zeitunterschiedes hinwirken, so daß das System selbsttätig zu dem
Punkt genauer Abstimmung des Kranzes hin verändert wird.
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In der Praxis sind die Spiralfedern immer zu lang ausgeführt, und
zwar aus ersichtlichen Gründen, und der Grad der erforderlichen Kürzung kann bis
zu einem erheblichen Teil der uneingestellten Feder reichen. Infolgedessen kann
bei dem Abstimmgerät viel Zeit darauf verwendet werden, die Feder in den Bereich
der richtigen Länge zu bringen, und das stellt eine große Erhöhung der Herstellungskosten
dar.
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Im Falle der vorliegenden Erfindung wird es aus der vorangehenden
Beschreibung des Grundsatzes, unter dem der Kürzungsmotor arbeitet, klar, daß die
Feder sehr schnell in engen Bereich der richtigen Länge gebracht wird, da der Kürzungsbetrag
in jeder Periode von der Dauer des Zeitunterschiedes beherrscht ist, was weit verbesserte
Tätigkeit ergibt.
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Zum Verständnis der Erfindung gibt die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel.
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Fig. i zeigt schaubildlich eine Unruhspirale mit Rücker; Fig.2 zeigt
im Diagramm die Schwingungen einer Unruh und die Schwingungen eines Zeitnormals;
Fig. 3 zeigt die Anordnung einer Unruh in einem Abstimmungsgerät nach der Erfindung;
Fig. q. zeigt schematisch eine Vorrichtung nach der Erfindung, und Fig. 5 zeigt
das Schaltschema für das Gerät nach Fi:g. q..
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Gemäß Fig. i ist die Spiralfeder 14 mit Welle 12 durch die Rolle 16
verbunden und ihr freies Ende am Rahmen des Mechanismus befestigt, in dem die Hemmung
angebracht ist. Um die Welle 12 sitzt leicht um sie drehbar ein Rücker 18. Auf dem
Rahmen befindet sich eine Teilung 21, Die Rückerstifte 22 greifen über die Feder
1q.. Auf diese Weise schwingt die Unruh schneller oder langsamer, entsprechend der
tatsächlichen Kürzung (Richtung nach F) oder Längung (Richtung nach S) der Feder
1q. durch die Rückerstifte 22. Wenn man die Feder 1q. mit ihrem Kranz io (Fig. 3)
für den Einbau in die Uhr eicht, muß die Federlänge so bestimmt werden, daß beim
Einsetzen in die Uhr mit dem Rückerzeiger in der Mitte der Teilung 2 1 die Unruh
eine bestimmte Eigenschwingung hat. Zu diesem Zweck wird die Unruh mit Kranz und
Feder in ein Prüfgerät gebracht, das so durchgebildet ist, daß es die Bedingungen
nachahmt, für die die Vorrichtung bestimmt ist, einschließlich Anordnung der Unruhachse
zwischen Steinlagern, wie sie bei Uhren u. dgl. benutzt werden.
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Das Prüfgerät gemäß der Erfindung besitzt einen Lagerblock 2q. mit
Lagern 26, beispielsweise Steinen, worin der Kranz io mit seiner Achse 12 drehbar
angebracht ist. Die Lager 26 sind in bekannter Art so angeordnet, daß sie aufgeklappt
werden können, damit die Achse zwischen die Lager gesetzt werden kann. Dann werden
die Lager wieder zusammengeklappt, um feste Lager zu bilden, in denen sich die Achse
frei drehen kann. Das äußere Ende 30 der Feder 14 wird hintereinander durch
Führungsstifte 32 (Fig. q.), einen gespaltenen Block 3q., der den Block am Unruhkolben
nachahmt, und schließlich zwischen Rollen 36, 38 durchgeführt.
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Die etwas nachgiebigen Stifte 32 dienen dazu, die Feder zu beruhigen
und sind so durchgebildet, daß
sie die ähnliche Einrichtung in einem
Uhr- oder ähnlichen Mechanismus in ihrer Wirkung nachbilden. Der Block 34 bildet
durch seine Spaltung einen Sitz genügender Größe, so daß das Ende der Feder 14 durch
ihn ohne irgendwelches Spiel frei hindurchtritt. Befindet sich die Anordnung in
dem Prüfgerät, so läuft die Wirklänge der Feder von der Rolle 16 bis zum Eintrittspunkt
in den Block 34.
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Die Rolle 36 läuft leer und steht in Reibverbindung mit der Rolle
38, die auf einer Welle 40 im Prüfgerät befestigt und zweckmäßig unmittelbar mit
einem langsam laufenden Elektromotor 42 verbunden ist. Die Welle 40 ist entweder
schwenkbar oder von solcher Nachgiebigkeit, daß das freie Ende der Feder 14 zwischen
den beiden Rollen durchgeführt und mit Reibung von beiden ergriffen wird. Wenn sich
daher der Motor dreht, so wird die Feder 14 zwischen den Rollen durchgezogen, um
sie zu kürzen und so den schwingenden Kranz zu schnellerer Schwingung zu veranlassen.
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Gemäß Fig.4 hat das Prüfgerät zwei durch Wechselstrom passender Frequenz
gespeiste Elektromagnete 44, um in der Nähe des Kranzes io zwei magnetische Wechselfelder
zu erzeugen, durch deren wiederholte magnetische Stöße der Kranz io in seiner Eigenschwingung
zu schwingen veranlaßt wird.
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Das äußere Ende 3o der Feder 14 liegt im Block 34 höher als bei der
Rolle 16, so daß, wenn der Kranz schwingt und die Federwindungen sich zusammenziehen
oder aufgehen, eine veränderliche Steilheit im Seitenaufriß entsteht.
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In dem Prüfgerät befindet sich ein Scheinwerfer 46 (Fig. 4) beliebiger
Durchbildung und wirft einen Lichtstrahl über die Feder. Gegenüber dem Scheinwerfer
46 liegt eine photoelektrische Zelle 48, auf die der Lichtstrahl vom Scheinwerfer
einen Schatten der Feder 14 wirft.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird der Lichtstrahl über eine Sehne der
Feder geworfen und ist so gerichtet, daß, wenn sich die Feder abwickelt, sie im
Wege des Lichtstrahles liegt, dagegen, wenn sie sich aufwickelt, frei vom Lichtstrahl
ist. Der tatsächliche Betrag des Lichtstrahles, der beim Schwingen der Feder abgedeckt
oder nicht abgedeckt wird, ist unwichtig, nur die Änderung des auf die photoelektrische
Zelle fallenden Lichtes ist von Bedeutung, und die Zelle und die zugehörigen Teile
des Gerätes sind so angeordnet, daß mit Sicherheit die Lichtänderung auf der Zelle
verzeichnet wird, die dann mit den Schwingungen des Zeitnormals verglichen wird.
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In Fig.3 verläuft der Lichtstrahl in Richtung des Pfeiles P, so daß
sein Weg über die unteren Kanten der Federwicklungen führt. Wenn sich die Feder
aufwickelt und spannt, liegen die Windungen mehr oder weniger im Wege des Strahles.
Die Richtungen des Strahles nach den Fig. 3 und 4 können, wenn gewünscht, miteinander
verbunden werden.
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Die Zelle 48 ist elektrisch mit einem- Verstärker 5o verbunden, in
dessen Ausgang ein elektromagnetisches Relais A (Fig. 5) liegt, das mit einer Anzahl
von Kontaktpaaren ausgerüstet ist. Wird das Relais A erregt, so schließt es, abgesehen
von anderen elektrischen Stromkreisen, das erste Kontaktpaar 51 für die Stromzufuhr,
zu den Elektromagneten 44.
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Wird der Kranz io zu Schwingungen veranlaßt, so spannt sich die Spirale
14 in der einen Richtung, während sie sich in der anderen Richtung entspannt, und
erzeugt dadurch eine Änderung in der Lichtmenge, die die photoelektrische Zelle
48 erreicht. Die untere und obere Spitze dieser Änderung wird bei jeder Schwingung
genau mit der einen oder anderen Bewegungsrichtung des Kranzes zusammenfallen. Der
mit der photoelektrischen Zelle 48 gekuppelte Verstärker 5o ist so eingestellt,
daß er auf das Relais A einen elektrischen Stoß gelangen läßt, entweder wenn, was
vorteilhaft erscheint, die Höchstlichtmenge oder wenn die Geringstlichtmenge die
photoelektrische Zelle erreicht. Dieser Stoß ist so verzögert, daß er den Strom
des das Wechselfeld für die Elektromagnete 44 erzeugenden Magnetsystems schließen
würde, wenn der Kranz fast die Hälfte seiner Schwingung in einer Richtung durchgeführt
hat. Wenn der Kranz also zu Schwingungen veranlaßt worden ist, werden ihn die oben
beschriebenen Mittel in seiner durch die Federlänge bestimmten Schwingung erhalten.
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Das Relais A ist mit weiteren Kontaktpaaren ausgerüstet. Das zweite
der Kontaktpaare, nämlich 52, liegt im Stromkreis des Zeitnormals 54. Diese Einrichtung
kann eine Kette von Multivibratoren sein, die ihre Tätigkeit sofort aufnehmen, wenn
ihr Strom geschlossen wird; sie kann auch durch einen Hochfrequenzkristalloszillator
oder durch eine Standardfrequenz in Verbindung mit einer Reihe von Multivibratoren
dargestellt werden.
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Das Zeitnormal 54 ist mit einem Relais B verbunden. Dieses ist so
durchgebildet, daß seine Arbeitsperiode die gleiche wie die des Relais A ist. Das
Relais B ist mit einer Haltespule 56 ausgerüstet. Diese Spule 56 empfängt ihre Hauptspeisung
durch das dritte Kontaktpaar 6o des Relais A. Dieses Kontaktpaar dient zur Stromunterbrechung,
d. h. es wird den Strom der Haltespule 56 des Relais B jedesmal unterbrechen, wenn
das Relais A arbeitet. Weiter ist ein Schalter 62 mit drei Stellungen i, 2, 3 vorgesehen.
Das Diagramm der Fig.5 gibt an, wie die oben beschriebenen Einzelheiten miteinander
verbunden sind.
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In seiner Stellung i schaltet der Schalter 62 die Lichtquelle 46 ab.
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In der Stellung 2 verbindet der Schalter 62 das Zeitnormal 54 mit
einem Relais C und verbindet das Relais C mit den das Wechselfeld bewirkenden Spulen
44 und schaltet schließlich das Zeitnormal 54 ein.
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In der Stellung 3 wird der Schalter 62 die in Stellung 2 geschlossenen
Stromkreise aufheben und wieder die Stromkreise der Stellung i herstellen sowie
die Lampen des Scheinwerfers 46 einschalten.
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Ein anderes Kontaktpaar 58 des Relais B schließt den Stromkreis des
Elektromotors 42, der die Rollen 36, 38 dreht.
In Fig. 2 stellt
die Kurve 64 die durch die Zelle 48 von der Lichtquelle 46 her empfangenen Lichtwerte
dar, wenn der Lichtstrahl über die schwingende Feder 14 läuft, und Kurve 66 den
Impuls des Zeitnormals; die Abszisse ist die Zeitachse.
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Am Punkt X in der Kurve 64 nähert sich die Feder der Mitte ihrer Schwingung,
dargestellt durch den Punkt Y; die zweite Doppelschwingung oder der Kreis der Federschwingung
ist beim Punkt Z vollendet. Die Kurve 66 beginnt beim Punkt R entsprechend dem Punkt
X auf der Kurve 64 und stellt eine Spannung dar, die linear ihren Höchstwert beim
Punkt S erreicht. Der Punkt X stellt den Augenblick in der Schwingung der Feder
14 dar, wenn an der Zelle 48 genügend Licht vorhanden ist, um das Zeitnormal in
Gang zu setzen, so daß dieses am Punkt Y voll arbeitsfähig ist. Die Standardzeit
ist auf der Abszisse durch die Strecke R-S dargestellt. Dieser Abstand ist anfänglich
kleiner als Y-Z, da die Feder 14 anfangs überlang ist. Zwischen dem Punkt S und
dem nächsten Punkt R auf der Kurve 66 wird der Motor 42 angetrieben, um die tatsächliche
(Wirkungs-)Länge der Feder 14 und so die Strecke Y-Z zu mindern.
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Zum Einsetzen der Unruh in das Prüfgerät wird der Schalter 62 auf
die Stellung i gebracht. Wenn die Feder 14 zwischen die Rollen 36 und 38 gelegt
ist, wird der Schalter 62 in die Stellung :2 gebracht. Das Zeitnormal 54 wird anlaufen
und durch das Relais C Stromstöße auf die Elektromagnete 44 für die Erzeugung des
Wechselfeldes liefern. Nach einigen wenigen Stromstößen wird der Kranz io zu schwingen
beginnen. Wenn seine Schwingung genügend groß ist, um eine merkliche Änderung des
Lichtstromes bewirken zu können, läuft die Einstelltätigkeit dadurch an, daß man
den Schalter 62 auf seine Stellung 3 bringt. In dieser Stellung schaltet der Schalter
62 die Lampe 46 im Scheinwerfer an, so daß die photoelektrische Zelle 48 die erste
Spitze der Schwingbewegung der Anordnung Kranz- und Spiralfeder verzeichnet. Das
Relais A tritt in Tätigkeit und wird den Strom der Elektromagnete 44 sowie den Gitterstrom
des Zeitnormals aufrechterhalten und gleichzeitig den Haltestromkreis 56 des Relais
B öffnen. Der erste Impuls des Zeitnormals wird ein gewisses zeitliches Zurückbleiben
mit Bezug auf den zweiten Impuls des Relais A (s. Fig. 2) bedeuten.
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Das Relais B wird daher ansprechen und geschlossen bleiben, bis der
Strom der Spule 56 durch das Relais A unterbrochen' wird. Das Relais B wird über
die Kontakte 58 den Strom des Elektromotors 42 schließen. Dieser läuft an und bewegt
ein Stück der Spiralfeder 14 von der Windung der Feder, bis das Relais A seinen
zweiten Impuls empfängt und den Strom der Haltespule 56 des Relais B unterbricht.
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Die Tätigkeiten des Relais A sowie die des Relais B wiederholen sich
selbsttätig, bis beide Relais synchron arbeiten. Weitere Kontaktpaare 68A und 68$
sind dem Relais A und dem Relais B zugefügt, welche Kontaktpaare in Reihe mit einem
weiteren Relais D verbunden werden, so daß, wenn die beiden Relais A und
B synchron arbeiten, das Relais D erregt wird, wodurch die Lichtquelle
abgeschaltet wird und anzeigt, daß die Abstimmung erreicht ist.
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Eine weitere Verbesserung kann dieses System dadurch erhalten, daß
man drei oder mehr Prüfgeräte auf einem Drehtisch oder einem schrittweise laufenden
Förderband unterbringt, die Prüfgeräte eines nach dem anderen auflädt und durch
Druckknopf d.enDrehtisch auf die nächste Stellung bringt. Die Dreistellungschalteinrichtung
kann so verbunden sein, daß sie durch die besagte Bewegung des Drehtisches arbeitet.
Bei dieser Einrichtung kann das System in vollstem Umfange ausgenutzt werden, da
die für das Abstimmen erforderliche Zeit die Zeit sein würde, die für das Laden
oder Entladen der Prüfgeräte erforderlich ist.
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Statt des Elektromotors 42 kann jeder passende Antrieb verwendet werden,
vorausgesetzt, daß er in der oben beschriebenen Weise innerhalb der gewünschten
Grenzen von Zeit und Drehung der Welle 40 betätigt werden kann.
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Während die Elektromagnete 44 durchaus passend und in ihrer Tätigkeit
hinreichend zufriedenstellend sind, kann jede andere bekannte Einrichtung bei durch
Wechselstrom erregten Magneten zur Ausschwingung der Anordnung aus Kranz und Spiralfeder
vorgesehen sein.
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Als Lichtquelle ist der Scheinwerfer 46 dargestellt. Es kann aber
jede andere bekannte Lichtquelle verwendet werden.