EP3001256B1 - Anchor escapement - Google Patents

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EP3001256B1
EP3001256B1 EP14185997.5A EP14185997A EP3001256B1 EP 3001256 B1 EP3001256 B1 EP 3001256B1 EP 14185997 A EP14185997 A EP 14185997A EP 3001256 B1 EP3001256 B1 EP 3001256B1
Authority
EP
European Patent Office
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pallet
stones
teeth
escapement
wheel
Prior art date
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Active
Application number
EP14185997.5A
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German (de)
French (fr)
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EP3001256A1 (en
EP3001256B2 (en
Inventor
Peter Gluche
Ralph Gretzschel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GFD Gesellschaft fuer Diamantprodukte mbH
Original Assignee
GFD Gesellschaft fuer Diamantprodukte mbH
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Publication date
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Application filed by GFD Gesellschaft fuer Diamantprodukte mbH filed Critical GFD Gesellschaft fuer Diamantprodukte mbH
Priority to EP14185997.5A priority Critical patent/EP3001256B2/en
Priority to CH01837/14A priority patent/CH710169B1/en
Publication of EP3001256A1 publication Critical patent/EP3001256A1/en
Publication of EP3001256B1 publication Critical patent/EP3001256B1/en
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Publication of EP3001256B2 publication Critical patent/EP3001256B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/06—Free escapements
    • G04B15/08—Lever escapements
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel

Definitions

  • the invention relates to an armature escapement for a mechanical timepiece comprising a pivotable armature with armature pallets and an escapement wheel which can be acted upon by a torque and which has teeth which are directed approximately radially outward over its outer circumference.
  • the front flanks of the pallets are designed in such a way that they always engage the same contact surface with each contact with the front flank of the teeth of the wheel.
  • the escapement of a clock is the assembly in a clock that creates the connection between the wheel train and the regulator. It usually consists of the escape wheel and the anchor the anchor.
  • the regulator brings about the periodic stopping (inhibiting) of the gear train via the inhibitor engaging in the escape wheel and thus the regular running of the clock.
  • n number of teeth of the wheel
  • the friction between the teeth of the escape wheel and the pallets of the anchor leads to material removal, i.e. to wear on the contact surfaces of the pallets and escape wheel, which can reduce the accuracy and the parts concerned have to be replaced from time to time. This is also the reason why the pallets are made of a harder material, typically ruby.
  • the escapement converts around 60% of the movement's energy. Above all, friction losses as well as the constant acceleration and braking of the wheel and armature are responsible for the low efficiency. In the past, attempts were therefore made to minimize the wheel's moment of inertia. This was achieved on the one hand by the highest possible degree of skeletonization (removal of all superfluous volume fractions) and on the other hand by making the wheel as thin as possible (approx. 100 ⁇ m). As a consequence, the anchor pallets must have a certain minimum thickness (eg 200 ⁇ m) in order to ensure that the wheel can still safely engage in the pallets.
  • a certain minimum thickness eg 200 ⁇ m
  • CH 612 308 A3 relates to a Swiss anchor escapement which can be produced in a simplified manner, comprising a one-piece, thin, flat lever of the same thickness over the entire body, so that it can be obtained by a punching process and a bending process for the scriber. These two processes can be carried out simultaneously with the same tool.
  • foreign bodies e.g. abrasion, dust, organic particles, etc.
  • EP 2 107 434 proposed to make the contact surfaces of the teeth of the gear as small as possible. The same applies to the abrasion, which can also be worked into the surface. In the worst case, this effect can even stop the clock. To this effect too pass over, such components in the prior art are mostly subjected to splash lubrication based on phenomenological observations. The remaining, thin oil film on the surface evaporates over time and enables an almost constant balance amplitude during the running-in phase. For this reason, components made of silicon, for example, are immersed in a gasoline / oil mixture before being installed in the movement.
  • a defined contact area is understood here to mean a contact area that is in contact with every touch of the components. Due to the non-vertical arrangement, this is very small in the case of diamond and has the shape of a 2-4 ⁇ m wide rectangle. This area is also called the geometric contact area A 0 . This "contact line" engages approximately in the middle of the anchor pallet. Depending on the position of the movement, due to the bearing play of the individual components, the relative position of the armature and wheel changes, so that the contact surface of the armature moves relative to the wheel.
  • the contact zone of the wheel is "defined" by definition, due to the non-vertical arrangement, regardless of the relative position of the wheel and armature, and is always in contact with one another regardless of the relative position of the clockwork components. With all classic escapements, the anchor pallet has always dominated the run-in phase, which is why it was made of the harder material ruby.
  • a wing portion of the defined contact area of more than 50% must therefore be established as quickly as possible. On the one hand, this can be done through the manufacturing process a reduction of the surface roughness can be achieved, or even by increasing the wear of the defined contact surface.
  • the object of the present invention is therefore to propose an armature escapement which is significantly improved in relation to the friction and wear between the teeth of the gear and the pallets of the armature compared to the prior art, so that the accuracy and the service life of a clockwork mechanism can be improved and at the same time long running-in phases in lubrication-free operation can be dispensed with.
  • the defined geometric contact surfaces A 0 are thus now interchanged by a changed geometric arrangement, with the aim of fixing the contact surface of the anchor pallets (thus defined contact surface) and keeping that of the wheel variable.
  • the latter parameters allow the components to be skeletonized even more, thereby reducing the moment of inertia and thus increasing the effectiveness of the inhibition again.
  • the new materials have a significantly lower density than metallic materials and the new processing methods can achieve a higher degree of skeletonization.
  • the density is preferably less than 4.5 g / cm 3 , particularly preferably from 1-4 g / cm 3 .
  • the wheel can be designed in a so-called multi-level technique, whereby the outer contour of the escape wheel, for example, is first etched out of a thicker plate (so-called wafer) using photolithography and reactive ion etching.
  • the wheel is still held in the remaining wafer with small bars so that each component does not have to be manipulated individually.
  • the inner area of the gearwheel is thinned via a further photolithography step, which is positioned or adjusted exactly to the first etching step.
  • the second step can also be carried out from the rear of the wafer. Possibly. this step can also be done before exposing the outer contour of the escape wheel. Examples of this technology can be found at www.Sigatec.ch, among others.
  • the thickness of the pallets are 50 to 180 ⁇ m and the thickness of the teeth of the gearwheel 100 to 500 ⁇ m, it being advantageous to make the thickness of the pallets smaller than the thickness of the teeth.
  • the thickness is understood to mean the vertical distance from the top to the bottom of the tooth or the pallet.
  • the flank of the pallets is designed in such a way that with each contact with the front flank of the teeth of the wheel, the front flank of the pallet is always in engagement with the same geometric contact surface A 0 .
  • the front flanks of the pallets and the front flanks of the teeth which have a non-verticality, are arranged to one another in such a way that a symmetrical non-verticality (clearance angle ⁇ ) of at least 0.5 °, preferably 1 °, particularly preferably 2 ° arises. Around 1 ° per component flank is typical. It is also not necessary that the respective components have the same deviation from the ideal.
  • the aforementioned defined geometric contact areas A 0 in the form of a band which have a maximum width of 20 ⁇ m, preferably up to 15 ⁇ m, particularly preferably up to 10 ⁇ m, very particularly preferably up to 5 ⁇ m.
  • geometric contact areas A 0 are obviously created by the abrasion of the rough component surfaces against one another. It has now been shown that, in addition to the geometric contact area A 0, when the inhibition enters, another, namely a real contact area A R is formed which is only a partial area of the geometric contact area A 0 . It has been shown that the ratio of the real contact area A R to the geometric contact area A 0 is between 20 and 90%.
  • the front flank of the pallet is roof-shaped with a central ridge or cylindrical with an outwardly curved surface (cambered).
  • a further embodiment consists in that the front flank of the pallets is designed in a non-vertical arrangement in relation to the top or bottom of the pallet.
  • the front flank of the pallets can be designed as a smooth, flat surface that is at most ⁇ 3 °, preferably ⁇ 1 °, particularly preferably less than ⁇ 0.5 ° deviates from the vertical in relation to the surface of the pallets.
  • the invention also encompasses all further embodiments in which the front flank of the pallets is designed in such a way that a defined geometric contact surface A 0 is created in the front flank of the teeth of the wheel.
  • the pallets are placed at an angle against the contact surface of the anchor gear so that not the also lateral end surface of the anchor gear but only the upper edge of the tooth rests on the pallet and transversely to the direction of the edge this surface slides.
  • escape wheel is also made of silicon and at least the contact areas of the teeth of the gearwheel likewise have a hard material coating, preferably of diamond, similar to the pallets.
  • both the armature pallets and the gear wheel and the teeth directed radially outward are thus made of silicon and have a hard material coating.
  • the hard material coating of the teeth and the pallets preferably has a layer thickness of 0.5 to 100 ⁇ m, preferably 2 to 50 ⁇ m and is selected from silicon dioxide, non-stoichiometric oxides with the formula Si x O y , where x and y are whole numbers, from silicon oxynitrides or from silicon carbides, silicon nitride and / or diamond.
  • the contact surfaces can also simply be thermally oxidized (e.g. acc. EP 1 904 901 ).
  • the hard material coating is a coating made of nanocrystalline diamond.
  • those embodiments in which both the gear wheel and the pallets have a hard material coating made of nanocrystalline diamond are preferred.
  • Coatings which have 96 to 97% sp 3 bound carbon with a grain size of 9 nm are preferred.
  • the nanocrystalline diamond layer has a surface roughness of 3 to 100 nm Rms, preferably 1 to 30 nm Rms, particularly preferably 1-7 nm Rms.
  • the roughness Rms is understood to be the square roughness, which corresponds to the square mean.
  • a nanocrystalline diamond layer with such a low surface roughness requires correspondingly less run-in travel / start-up time, which leads to a shorter run-in phase in order to achieve a minimal and constant coefficient of friction.
  • the crystalline domains of the nanocrystalline diamond layer have an average grain size d 50 of 0.5 nm to 50 nm, preferably from 1 nm to 20 nm, particularly preferably from 1 nm to 10 nm.
  • the advantage of such an embodiment is that a very homogeneous and uniform nanocrystalline diamond layer with a very small grain size as described above is produced. Smaller grains inevitably increase the grain boundary volume. If the grains are small in relation to the surface roughness, the running-in phase can also be accelerated.
  • the connections are in Figure 7 shown. A grain boundary volume of 0 to 50%, preferably 10 to 30%, is preferred. Because cutting out a single grain from the composite is easier than smoothing a large grain.
  • the crystalline domains are less than 0.5 ⁇ R t , preferably 0.2 ⁇ R t , particularly preferably 0.1 ⁇ R t of the remaining surface roughness.
  • R t the absolute surface roughness R t (roughness depth), measured as the peak-to-valley value, is to be used in this case.
  • R t is calculated from the difference between the maximum peak height R p and the maximum peak depth R v .
  • both pure silicon and diamond are electrical insulators, it is further proposed to electrically dop both materials so that they have at least a low electrical conductivity. In this way, electrostatic charging effects can be avoided.
  • the doping processes for silicon are sufficiently described in the literature.
  • diamond it is suggested to use either boron doping or nitrogen or ammonia doping. ( N. Wiora et al., Synthesis and Characterization of n-type Nitrogenated, Nanocrystalline Diamond Micron Materials and Nanomaterials, 15: 96-98 ). It is also proposed that, in the case of insulating materials, the friction partners consist of the same material and thus have the same work function. In this way, electrostatic charging due to the mere frictional contact can be largely excluded.
  • Figure 1 now shows a Swiss lever escapement in plan view.
  • the Figure 1A shows the state of the armature 1 and the wheel 4 at the start and the Figure 1B after the zero crossing of the unrest.
  • the escape wheel 4 has 20 piston teeth 5 in the case shown here.
  • the armature 1 has an input pallet 2 and an output pallet 2 ', which are alternately engaged with the piston teeth 5 of the wheel 4.
  • the Figures 1A and 1B show the idle states.
  • the new position of the piston tooth 5 is also shown.
  • the stopper 20 serves as a stop for the armature 4.
  • such a stop can also be dispensed with, namely by introducing a shoulder in the anchor pallets.
  • Such an embodiment is for example in the Swiss patent CH 5 67293 , here in particular the Figures 5 and 6th described.
  • Figure 2 now shows the in the Figure 1 Swiss anchor escapement described in more detail, here during the dynamic implusion process (interaction between piston tooth 5 and anchor pallet 2 or 2 ').
  • the essential areas are shown enlarged.
  • the piston tooth 5 of the wheel 4 has already left the resting surface 22 and is on the lifting surface 23 of the input pallet 2. Due to the applied torque of the gear train, the piston tooth 5 slides over the lifting surface 23 of the input pallet 2 and pushes the anchor pallet 2 back.
  • click on Figure 3 referenced The position in which the pallet 2 is in engagement with the armature 5 is shown at 21.
  • Figure 3 now shows in an enlarged representation how the contact surfaces relate to one another.
  • the pallets 2, 2' of the armature 1 are made thicker than the piston teeth 5 of the wheel. This can be seen in particular from section AA.
  • B is shown in detail in detail, with 25 the point is again shown at which the pallet 2 is in engagement with the tooth 5. Due to the manufacturing process, the flanks 12 of the tooth 5 and the flanks 8 of the pallets 2 of the components never have an angle of 90 ° to the surface (so-called non-verticality).
  • the components can be installed in such a way that the functional surfaces are plane-parallel to one another.
  • the components are now mounted in such a way that the flanks are aligned with one another, so that a clearance angle ⁇ results.
  • a symmetrical non-verticality of 2 ° was assumed. Around 1 ° per component flank is typical. It is not necessary here for the functional surfaces of wheel 4 and armature 1 to have the same deviation from the ideal.
  • Figure 4 shows the behavior of the components in relation to each other when the clock changes position.
  • the starting position is shown in the left part at section AA and detail C, as it was previously at Figure 3 has been described in more detail.
  • the bearing play changes, ie the relative position of the components to one another. This results in a shift ⁇ h between the piston tooth 5 and the input pallet 2, as shown in detail B in the right half of the Figure 4 is shown. It is important that the piston tooth 5 of the wheel 4 is now in engagement at the point 25 due to the clearance angle ⁇ , but still works on the same contact area A 0 .
  • the contact point 25 of the lever surface 23 of the input side 2 is now shifted by the amount ⁇ h.
  • Figure 5 now shows an embodiment of the invention.
  • the flanks 12 of the piston tooth 5 as well as the flank 8 of the pallet 2 are again non-vertical due to the manufacturing process.
  • the components are mounted in such a way that the flanks 8, 12 are aligned with one another, so that, analogously to the Figures 3 and 4th results in a clearance angle ⁇ .
  • Figure 5 shown in detail B In the embodiment according to Figure 5 a symmetrical non-verticality of 2 ° was assumed again. In the invention, too, about 1 ° per component flank 8 or 12 is preferred. It is also not necessary here for the functional surfaces of wheel 4 and armature 1 to have the same deviation from the ideal.
  • Figure 6 shows the sectional view from Figure 5 now when there is a change in the position of the watch. This occurs again when, for example, the clock is turned.
  • the bearing play changes the relative position of the components to one another. This also results in a shift ⁇ h of the contact points 30 between piston tooth 5 and input pallet 2. It is essential to the invention that the lever surface of pallet 2 due to the clearance angle ⁇ now still works on the same geometric contact surface A 0 (defined contact surfaces).
  • the contact point 30 of the piston tooth 5 of the escape wheel 4 is shifted by the amount ⁇ h.
  • Figure 7 now shows how the grain boundary volume relates to the grain size. How out Figure 7 is shown, an increased grain boundary volume is inevitably achieved by smaller grains. A grain boundary volume of 0 to 50%, more preferably 10 to 30%, is preferred.
  • Figure 8 shows in an enlarged view ( Figure 8a ) a piston tooth 5 and in Figure 8b the in Figure 8a marked enlarged section
  • the representation in Figure 8b shows a piston tooth 5 according to the invention after 9 days of uninterrupted running of the inhibition.
  • the geometric contact area A 0 which is represented by the dark part, can have a width of 0.5 to 20 ⁇ m, preferably 1 to 10 ⁇ m, very particularly preferably 1 to 5 ⁇ m.
  • the real contact area A R (light stripe) is limited to the outermost upper part of the component due to the non-verticality of the component. Under 25,000 times magnification it can be seen that the geometric contact area A 0 is only about 1.5 to 2 ⁇ m wide in the example.
  • the dark color surrounding the geometric contact area A 0 results from the abrasion of the originally still microscopically rough component surface.
  • the light area has been polished by the function of the component and is actually in contact with the pallets (2.2 '). According to the invention, this is referred to as the real contact area A R.
  • the difference in brightness makes it possible to determine the geometric and real contact area and to form the quotient.
  • the amplitude values ( Figure 10a ) are measured (acoustically) using a Witschi M1 timing machine and checked visually. The values shown are arithmetic mean values from 6 positions each (dial above, below; crown above, right, below, left) The measurement interval was 30 seconds each, the stabilization time also 30s. At the mean rate deviation ( Figure 10b ) are also arithmetic mean values from 6 layers each (see amplitude measurement).
  • the typical drop in amplitude within the first 7 days can be clearly seen.
  • the amplitude then slowly increases again and reaches its starting value after approx. 40 days.
  • This behavior is also explained by the running-in of the components.
  • the defined contact surface of the wheel is polished by the frictional contact with the armature pallets. If more than 50% of the wing area is reached, no further erosion takes place and a tribofilm can form on the contact surfaces.
  • the dashed line shows when the running-in phase is completed.
  • Figure 11 are the experimentally determined amplitudes and rate values of an ETA caliber type 2892A2 equipped with the inventive diamond-coated escapement without a soft sp2-containing top layer according to EP 2 236 455 .
  • the escapement runs without lubrication.
  • the amplitude values ( Figure 11a ) are again measured (acoustically) using a Witschi M1 timing machine and checked visually.
  • the values shown are again arithmetic mean values from 6 positions each (dial above, below; crown above, right, below, left) The measurement interval was 30 seconds each, the stabilization time also 30s.
  • At the mean rate deviation ( Figure 11b ) are also arithmetic mean values from 6 layers each (see amplitude measurement).
  • FIGS. 12 to 14 show further embodiments according to the invention how and in what way the piston tooth 5 and the pallet 2 can be designed in order to enable the geometric contact surface A 0 according to the invention.
  • FIG 13 a further embodiment is shown, namely here now an embodiment in which the pallet 2 has a rounded flank.
  • the plan view of such a configuration is again shown schematically in detail and in FIG Figures 13a and 13b in each case enlarged view the contact point 30.
  • the pallet 2 having a training here as it is already in the Figure 12 has been described, but here the piston tooth 5 is now angled.
  • the top view of the configuration is again shown in section A in FIG Figures 14b and 14c enlarged representations in each case, the contact point 30 also being visible here, so that a geometric contact area A 0 can then also be formed here again.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ankerhemmung für einen mechanischen Zeitmesser umfassend einen schwenkbaren Anker mit Ankerpaletten und ein mit einem Drehmoment beaufschlagbaren Ankerrad, das über seinen Außenumfang etwa radial nach außen gerichtete Zähne aufweist. Die vorderen Flanken der Paletten sind dabei so ausgebildet, dass sie bei jedem Kontakt, mit der vorderen Flanke der Zähne des Rades, immer mit der gleichen Kontaktfläche im Eingriff stehen.The invention relates to an armature escapement for a mechanical timepiece comprising a pivotable armature with armature pallets and an escapement wheel which can be acted upon by a torque and which has teeth which are directed approximately radially outward over its outer circumference. The front flanks of the pallets are designed in such a way that they always engage the same contact surface with each contact with the front flank of the teeth of the wheel.

Die Hemmung einer Uhr ist diejenige Baugruppe in Räderuhren, die die Verbindung zwischen dem Räderwerk und dem Gangregler herstellt. Sie besteht in der Regel aus dem Ankerrad und dem Hemmstück dem Anker. Der Gangregler bewirkt dabei über das in das Ankerrad eingreifende Hemmstück das periodische Anhalten (Hemmen) des Räderwerks und damit den regelmäßigen Gang der Uhr.The escapement of a clock is the assembly in a clock that creates the connection between the wheel train and the regulator. It usually consists of the escape wheel and the anchor the anchor. The regulator brings about the periodic stopping (inhibiting) of the gear train via the inhibitor engaging in the escape wheel and thus the regular running of the clock.

Im Stand der Technik sind dabei verschiedene Hemmungen vorgeschlagen worden. In der Zwischenzeit sind praktisch alle mechanischen Uhren mit dem gleichen Typ ausgerüstet, nämlich mit der sogenannten "Schweizer Ankerhemmung". In einer "Schweizer Ankerhemmung" umfassen die beiden Arme des Ankers je einen Ankerstein (Palette), die meist aus Rubin, Saphir oder Granat bestehen. Diese Ankersteine sind in den beiden Armen des Ankers entweder eingesetzt oder werden bei mikrotechnisch gefertigten Ankern also aus Silizium oder Diamant aus einem Stück zusammen mit dem Anker angefertigt. Die Ankersteine greifen abwechselnd in je einen Zahn des Hemmungsrades und halten es so fest.
Ankerrad und Anker befinden sich dann in Ruhe um sogleich beim Nulldurchgang der Unruh wieder beschleunigt zu werden. Jedes Mal, wenn die Unruh die Nulllage in der einen oder anderen Richtung passiert, greift sie über den sogenannten Hebelstein in die Ankergabel ein. Dadurch gibt der Anker über seine jeweilige Palette je einen Zahn des Hemmungsrades frei, das damit kurz vorrückt und einen winzigen Energiebruchteil über den Anker an den Hebelstein und damit die Unruh zurückführt. Bei der Kraftübertragung zwischen den Zähnen des Ankerrades und den Paletten des Ankers bewegen sich diese beiden Teile unter Druck gegeneinander. Zu Beginn der Bewegung liegt eine Palette an einer Fläche eines Ankerzahnrades der sogenannten Ruhefläche an. Bei der Bewegung der Palette gegen das Ankerrad tritt eine Reibungskraft auf. Die Reibung zwischen den Paletten und dem Ankerrad kann jedoch die Ganggenauigkeit und die Lebensdauer eines Uhrwerks beeinflussen.
Ein typisches Ankerrad weist ca. 20 Zähne auf die auf dem Umfang äquidistant verteilt sind. Der Anker typischerweise 2 Paletten. Bei Jeder Umdrehung des Ankerrades wird jeder Kolbenzahn mit jeder Palette in Kontakt gebracht. Somit erfährt jede Palette des Ankers den n-fachen (mit n=Anzahl der Zähne des Rades) Verschleiß im Vergleich zu einem Kolbenzahn des Ankerrades. So führt insbesondere die Reibung zwischen den Zähnen des Ankerrades und den Paletten des Ankers zu einem Materialabtrag, also zu einem Verschleiß an den Kontaktflächen von Paletten und Ankerrad, wodurch die Ganggenauigkeit reduziert werden kann und die betreffenden Teile von Zeit zu Zeit ersetzt werden müssen. Dies ist auch der Grund weshalb die Paletten aus einem härteren Material, nämlich typischerweise aus Rubin, gefertigt sind.Various inhibitions have been proposed in the prior art. In the meantime, practically all mechanical watches are equipped with the same type, namely with the so-called "Swiss lever escapement". In a "Swiss anchor escapement", the two arms of the anchor each include an anchor stone (pallet), which is usually made of ruby, sapphire or garnet. These anchor stones are either inserted in the two arms of the anchor or, in the case of microtechnical anchors, are made from silicon or diamond in one piece together with the anchor. The anchor stones alternately grip one tooth of the escape wheel and hold it in place.
Escape wheel and anchor are then at rest in order to be accelerated again immediately when the balance crosses zero. Every time the balance wheel passes the zero position in one direction or the other, it engages the anchor fork via the so-called lever stone. As a result, the armature releases one tooth of the escape wheel via its respective pallet, which advances briefly and returns a tiny fraction of energy via the armature to the lever stone and thus the balance. When the force is transmitted between the teeth of the escape wheel and the pallets of the anchor, these two parts move against each other under pressure. At the beginning of the movement, a pallet rests on a surface of an armature gear, the so-called resting surface. When the pallet moves against the escape wheel, a frictional force occurs. However, the friction between the pallets and the escape wheel can affect the accuracy and life of a movement.
A typical escape wheel has approx. 20 teeth which are distributed equidistantly on the circumference. The anchor typically has 2 pallets. With every revolution of the escape wheel, each piston tooth is brought into contact with each pallet. Thus, each pallet of the armature experiences n-times (with n = number of teeth of the wheel) wear compared to a piston tooth of the escape wheel. In particular, the friction between the teeth of the escape wheel and the pallets of the anchor leads to material removal, i.e. to wear on the contact surfaces of the pallets and escape wheel, which can reduce the accuracy and the parts concerned have to be replaced from time to time. This is also the reason why the pallets are made of a harder material, typically ruby.

Die Hemmung setzt etwa 60% der Energie des Uhrwerks um. Vor allem Reibungsverluste als auch das ständige beschleunigen und Abbremsen von Rad und Anker sind für den niedrigen Wirkungsgrad verantwortlich. In der Vergangenheit wurde deshalb versucht das Trägheitsmoment des Rades zu minimieren. Dies wurde einerseits durch einen möglichst hohen Grad der Skelettierung (Entfernen von allen überflüssigen Volumenanteilen), sowie andererseits durch Realisierung eines möglichst dünnen Rades, erreicht (ca. 100µm). Als Konsequenz müssen die Ankerpalletten eine gewisse Mindestdicke aufweisen (z.B. 200µm), um noch ein sicheres Eingreifen des Rades in die Paletten zu gewährleisten.The escapement converts around 60% of the movement's energy. Above all, friction losses as well as the constant acceleration and braking of the wheel and armature are responsible for the low efficiency. In the past, attempts were therefore made to minimize the wheel's moment of inertia. This was achieved on the one hand by the highest possible degree of skeletonization (removal of all superfluous volume fractions) and on the other hand by making the wheel as thin as possible (approx. 100 µm). As a consequence, the anchor pallets must have a certain minimum thickness (eg 200 µm) in order to ensure that the wheel can still safely engage in the pallets.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, dieses Problem zu minimieren. So wird in der FR 1485813 vorgeschlagen, die Zähne von Hemmungsrädern abzuschrägen, um eine Kontaktfläche zwischen den Zähnen und den Ankerpaletten mit einer kleineren Breite zu erzeugen. Ferner wurde in der EP 1 622 826 B1 vorgeschlagen, andere Materialien, wie z.B. Silizium oder Diamant einzusetzen, welche aufgrund von höherer Härte und geringeren Reibkoeffizienten Vorteile gegenüber geschmierten Hemmungen haben sollen. Zur Verschleiß- und Reibungsminimierung werden bei konventionellen Hemmungen mit Stahlankerrad und Rubinpaletten zu dem obligatorisch Öle eingesetzt.There has therefore been no lack of attempts to minimize this problem. So in the FR 1485813 proposed to bevel the teeth of escape wheels to create a contact surface between the teeth and the anchor pallets with a smaller width. Furthermore, in the EP 1 622 826 B1 suggested using other materials, such as silicon or diamond, which should have advantages over lubricated escapements due to their higher hardness and lower coefficient of friction. In order to minimize wear and friction, conventional escapements with steel escapement wheels and ruby pallets also use oils.

CH 612 308 A3 betrifft eine Schweizer Ankerhemmung, die vereinfacht herstellbar ist, beinhaltend einen einteiligen, dünnen, flachen Hebel von gleicher Dicke über den gesamten Körper, so dass er durch einen Stanzvorgang und einen Biegevorgang für den Anreißer erhalten werden kann. Diese beiden Vorgänge können darüber gleichzeitig mit demselben Werkzeug ausgeführt werden. CH 612 308 A3 relates to a Swiss anchor escapement which can be produced in a simplified manner, comprising a one-piece, thin, flat lever of the same thickness over the entire body, so that it can be obtained by a punching process and a bending process for the scriber. These two processes can be carried out simultaneously with the same tool.

Die neuen Werkstoffe, Silizium und Diamant haben aber eine größere Härte als Stahl. Wenn diese Werkstoffe ohne Schmierung als Hemmbauteile eingesetzt werden, resultieren hieraus somit auch technische Probleme. Es zeigt sich nämlich, dass die Bauteile eine sogenannte Einlaufphase aufweisen. Durch den Reibkontakt werden offensichtlich Mikrorauheiten auf der Oberfläche eingeebnet. Hierdurch reduziert sich der Gleitreibkoeffizient und in Konsequenz steigt die Amplitude der Unruh. Üblicherweise tritt vor dem Anstieg der Amplitude zunächst ein Abfall der Amplitude ein, der durch die Akkumulation von Fremdkörpern (z.B. Abrieb, Staub, organische Partikel, o.ä.), welche ähnlich dem Prinzip eines Schneepfluges aufgrund der bestehenden Oberflächenrauheit in die Oberfläche eingearbeitet werden und den Reibkoeffizient erhöhen. Um diesen Effekt zu vermeiden, wird im Stand der Technik gem. EP 2 107 434 vorgeschlagen, die Kontaktflächen der Zähne des Zahnrades so klein wie möglich auszugestalten. Gleiches gilt für den Abrieb, der ebenfalls auf der Oberfläche eingearbeitet werden kann. Dieser Effekt kann im schlimmsten Fall sogar zum Stillstand der Uhr führen. Um diesen Effekt zu übergehen, werden derartige Bauteile im Stand der Technik aufgrund von phänomenologischen Beobachtungen meist einer Tauchschmierung unterzogen. Der verbleibende, dünne Ölfilm auf der Oberfläche verdampft mit der Zeit und ermöglicht eine nahezu konstante Unruhamplitude während der Einlaufphase. Aus diesem Grund werden beispielsweise Bauteile aus Silizium in einem Benzin/Öl Gemisch vor dem Einbau ins Uhrwerk getaucht.The new materials, silicon and diamond, however, are harder than steel. If these materials are used as jamming components without lubrication, this also results in technical problems. It turns out that the components have a so-called run-in phase. The frictional contact evidently smooths out micro-roughness on the surface. This reduces the coefficient of sliding friction and consequently increases the amplitude of the balance wheel. Usually, before the increase in amplitude, there is initially a decrease in amplitude, which is caused by the accumulation of foreign bodies (e.g. abrasion, dust, organic particles, etc.) similar to the principle of a snow plow due to the existing surface roughness are incorporated into the surface and increase the coefficient of friction. In order to avoid this effect, according to the prior art. EP 2 107 434 proposed to make the contact surfaces of the teeth of the gear as small as possible. The same applies to the abrasion, which can also be worked into the surface. In the worst case, this effect can even stop the clock. To this effect too pass over, such components in the prior art are mostly subjected to splash lubrication based on phenomenological observations. The remaining, thin oil film on the surface evaporates over time and enables an almost constant balance amplitude during the running-in phase. For this reason, components made of silicon, for example, are immersed in a gasoline / oil mixture before being installed in the movement.

Aus durchgeführten Untersuchungen geht hervor, dass die phänomenologisch beobachtete Einlaufphase ihre Ursache in der Einebnung einer mikroskopisch kleinen Rauheit hat. Da die neuen Materialien, insbesondere Diamant eine deutlich größere Härte als Stahl aufweisen, ist folglich auch eine längere Einlaufphase zu beobachten, da die nach der Bearbeitung verbleibende Mikrorauheit langsamer eingeebnet wird. Im Fall von Diamant ist der Verschleiß sogar so gering, dass selbst bei sehr glatten Oberflächen (z.b. 20nm Rms, quadratische Rauheit, root-mean-squared-roughness) noch eine mehr als 100 -tägige Einlaufphase zu beobachten ist. Um diese zu minimieren, kann beispielsweise eine weniger harte Schicht auf die Diamantoberfläche zusätzlich aufgebracht werden (siehe beispielsweise EP 2 236 455 ), die dafür Sorge trägt, dass die in Kontakt stehenden Reibflächen schneller glatt werden. Trotz Einsatz von solchen Schichten, beträgt die Einlaufphase dann immer noch ca. 40 Tage. Nachteilig ist hierbei, dass sich die Reibeigenschaften über einen längeren Zeitraum ändern und somit ein zuverlässiges und schnelles Reglage (einstellen der richtigen Ganggenauigkeit) der Uhr nicht möglich ist.The investigations carried out show that the phenomenologically observed run-in phase is due to the leveling of a microscopic roughness. Since the new materials, in particular diamond, have a significantly greater hardness than steel, a longer run-in phase can consequently also be observed, since the micro-roughness remaining after machining is leveled more slowly. In the case of diamond, the wear is so low that even with very smooth surfaces (e.g. 20nm Rms, square roughness, root-mean-squared-roughness) a running-in phase of more than 100 days can be observed. In order to minimize this, for example, a less hard layer can additionally be applied to the diamond surface (see for example EP 2 236 455 ), which ensures that the friction surfaces in contact become smooth faster. Despite the use of such layers, the running-in phase is still around 40 days. The disadvantage here is that the frictional properties change over a longer period of time and thus reliable and fast regulation (setting the correct rate accuracy) of the watch is not possible.

Typisch für den Einsatz von neuen Materialien und mikrotechnischer Fertigungsverfahren ist auch, dass die Funktionsflächen der Bauteile (die Seitenflanken) nie vollständig vertikal -bezogen auf die Ober und Unterseite des Bauteils- ausgerichtet werden können. Dies liegt an der aus der Halbleiterindustrie adaptierten Fertigungstechnik, bei der aus einer Platte (sog. Wafer) mittels Photolithographie und Trockenätzverfahren die Bauteile aus der Platte herausgeätzt werden. In Konsequenz können die Seitenflanken von Anker (insbesondere die Paletten) und Ankerrad (insbesondere die Kontaktflächen der Kolbenzähne) entweder planparallel oder entgegengesetzt angeordnet werden. Im 2. Fall ergibt sich aus dem typischen Aufbau der Hemmung mit dünnem Rad und dicker Ankerpalette, dass immer das Rad eine definierte Kontaktfläche aufweist, wie es auch in der EP 2 107 434 B1 beschrieben ist. Unter definierter Kontaktfläche wird hier eine Kontaktfläche verstanden, die bei jeder Berührung der Bauteile im Kontakt steht. Diese ist aufgrund der nichtvertikalen Anordnung im Fall von Diamant sehr klein und weist die Form einer 2-4µm breiten Rechteckes auf. Diese Fläche wird auch geometrische Kontaktfläche A0 genannt. Diese "Kontaktlinie" greift etwa mittig in die Ankerpalette. Je nach Lage des Uhrwerks, bedingt durch das Lagerspiel der einzelnen Bauteile, verändert sich die relative Position von Anker und Rad, so dass sich auch die Kontaktfläche des Ankers relativ zum Rad verschiebt. Üblicherweise ist deshalb eine 30-50µm breite Verschleißzone auf dem Anker im Rasterelektronenmikroskop sichtbar. Die Kontaktzone des Rades hingegen, ist aufgrund der nichtvertikalen Anordnung unabhängig von der relativen Lage von Rad und Anker somit definitionsgemäß "definiert" und steht unabhängig von der relativen Lage der Uhrwerkskomponenten zueinander immer in Kontakt. Bei allen klassischen Hemmungen hat somit immer die Ankerpalette die Einlaufphase dominiert, sodass diese deshalb aus dem härteren Werkstoff Rubin gefertigt wurde.Another typical feature of the use of new materials and microtechnical manufacturing processes is that the functional surfaces of the components (the side flanks) can never be completely vertically aligned with the top and bottom of the component. This is due to the manufacturing technology adapted from the semiconductor industry, in which the components are etched out of a plate (so-called wafer) using photolithography and dry etching processes. As a consequence, the side flanks of the armature (in particular the pallets) and the escape wheel (in particular the contact surfaces of the piston teeth) can be arranged either plane-parallel or opposite. In the second case, the typical structure of the escapement with a thin wheel and a thick armature pallet means that the wheel always has a defined contact surface, as in the EP 2 107 434 B1 is described. A defined contact area is understood here to mean a contact area that is in contact with every touch of the components. Due to the non-vertical arrangement, this is very small in the case of diamond and has the shape of a 2-4 µm wide rectangle. This area is also called the geometric contact area A 0 . This "contact line" engages approximately in the middle of the anchor pallet. Depending on the position of the movement, due to the bearing play of the individual components, the relative position of the armature and wheel changes, so that the contact surface of the armature moves relative to the wheel. Therefore, a 30-50 µm wide wear zone is usually visible on the armature in the scanning electron microscope. The contact zone of the wheel, on the other hand, is "defined" by definition, due to the non-vertical arrangement, regardless of the relative position of the wheel and armature, and is always in contact with one another regardless of the relative position of the clockwork components. With all classic escapements, the anchor pallet has always dominated the run-in phase, which is why it was made of the harder material ruby.

Ferner zeigte sich bei den Untersuchungen, dass die Einlaufphase durch die Kontaktflächen und deren Beschaffenheit dominiert wird. Betrachtet man die definierte, in Form eines Rechtecks ausgeprägte Kontaktfläche eines Kolbenzahnes, so stellt man fest, dass nur ein Bruchteil der geometrischen Kontaktfläche A0 tatsächlich mit dem Gegenstück in Reibkontakt steht. Dies liegt an der mikroskopisch vorhanden nanoskaligen Oberflächenrauheit. Untersucht man den sogenannten Tragflächenanteil T der definierten Kontaktfläche, d.h. das Verhältnis von tatsächlich in Kontakt stehender Fläche AR bezogen auf die geometrische Kontaktfläche A0 so lassen sich zu Beginn der Einlaufphase Werte von T=10%-30% und bei abgeschlossener Einlaufphase von mehr als 50% beobachten. Da nach Abschluss der Einlaufphase keine weitere Veränderung (Verschleiß, Abtrag) der Kontaktflächen beobachtet werden konnte, deutet viel darauf hin, dass sich ab diesem Zeitpunkt ein Tribofilm auf der Diamantoberfläche ausbilden kann, auf den die Reduktion des Gleitreibkoeffizienten und damit der Amplitudenanstieg der Uhr zurückzuführen ist.The investigations also showed that the running-in phase is dominated by the contact surfaces and their properties. If one looks at the defined contact surface of a piston tooth, which is in the form of a rectangle, one finds that only a fraction of the geometric contact surface A 0 is actually in frictional contact with the counterpart. This is due to the microscopic nanoscale surface roughness. If the so-called wing area T of the defined contact area is examined, i.e. the ratio of the area A R actually in contact with respect to the geometric contact area A 0 , values of T = 10% -30% at the beginning of the running-in phase and more when the running-in phase is completed watch as 50%. Since no further changes (wear and tear) of the contact surfaces could be observed after the end of the running-in phase, there are many indications that a tribofilm can form on the diamond surface from this point onwards, to which the reduction in the coefficient of sliding friction and thus the increase in amplitude of the watch can be attributed is.

Um eine möglichst kurze Einlaufphase zu erhalten, muss deshalb möglichst rasch ein Tragflächenanteil der definierten Kontaktfläche von mehr als 50% hergestellt werden. Dies kann einerseits über den Fertigungsprozess durch eine Reduktion der Oberflächenrauheit erreicht werden, oder eben durch eine Erhöhung des Verschleißes der definierten Kontaktfläche.In order to keep the running-in phase as short as possible, a wing portion of the defined contact area of more than 50% must therefore be established as quickly as possible. On the one hand, this can be done through the manufacturing process a reduction of the surface roughness can be achieved, or even by increasing the wear of the defined contact surface.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Ankerhemmung vorzuschlagen, die in Bezug auf die Reibung und Verschleiß zwischen den Zähnen des Zahnrades und den Paletten des Ankers gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert ist, so dass die Ganggenauigkeit und die Lebensdauer eines Räderwerks einer Uhr verbessert werden kann und gleichzeitig auf lange Einlaufphasen im schmierungsfreien Lauf verzichtet werden kann.The object of the present invention is therefore to propose an armature escapement which is significantly improved in relation to the friction and wear between the teeth of the gear and the pallets of the armature compared to the prior art, so that the accuracy and the service life of a clockwork mechanism can be improved and at the same time long running-in phases in lubrication-free operation can be dispensed with.

Die Aufgabe wird durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.The object is achieved by the characterized features of claim 1. The subclaims show advantageous developments.

Erfindungsgemäß werden somit nun die definierten geometrischen Kontaktflächen A0 durch eine veränderte geometrische Anordnung vertauscht, mit dem Ziel, die Kontaktfläche der Ankerpaletten zu fixieren (somit definierte Kontaktfläche) und die des Rades variabel zu halten. Grund für diese Anordnung ist, den Verschleiß des Ankers, entgegen aller bisherigen Lehren, zu beschleunigen, um die Dauer Einlaufphase zu reduzieren. Besitzt der Anker die definierte geometrische Kontaktfläche A0, so muss diese Fläche zwangsläufig den n-fachen Verschleiß erfahren (mit n= Anzahl der Kolbenzähne des Rades). Erstaunlicherweise stellt sich exakt dieser Effekt ein und die Einlaufphase im Fall von Diamant verschwindet nahezu vollständig.According to the invention, the defined geometric contact surfaces A 0 are thus now interchanged by a changed geometric arrangement, with the aim of fixing the contact surface of the anchor pallets (thus defined contact surface) and keeping that of the wheel variable. The reason for this arrangement is to accelerate the wear of the armature, contrary to all previous teachings, in order to reduce the duration of the running-in phase. If the armature has the defined geometric contact area A 0 , this area must inevitably experience n-fold wear (with n = number of piston teeth on the wheel). Amazingly, exactly this effect occurs and the run-in phase in the case of diamond disappears almost completely.

Die industrielle Umsetzung einer solchen invertierten Anordnung muss auch einen sicheren Eingriff von Rad und Anker ermöglichen. In Konsequenz muss das Rad, zumindest aber die Dicke des Kolbenzahnes deutlich dicker als die der Ankerpalette ausgeführt werden. Hieraus resultiert wiederum, dass das Rad ein größeres Trägheitsmoment aufweist und damit der Wirkungsgrad der Hemmung sinkt. Vorteilhaft wirkt sich hier der Einsatz der neuen Materialien aus (Si, Diamant), die einerseits eine deutlich geringere Dichte als Stahl aufweisen und andererseits, im Fall von Diamant, ein sehr hohes Elastizitätsmodul (700 GPa-1100 GPa) bei gleichzeitig hoher Biegebruchspannung (1 GPa-10GPa) aufweisen. Letztere Parameter erlauben nämlich die Komponenten noch stärker zu skelettieren, das Trägheitsmoment dadurch zu verringern und damit den Wirkungsgrad der Hemmung wieder zu erhöhen. Die neuen Materialien haben aber eine deutlich geringere Dichte als metallische Werkstoffe und durch die neuen Bearbeitungsverfahren kann ein höherer Grad der Skelettierung erreicht werden. Bevorzugt beträgt die Dichte weniger als 4,5 g/cm3, besonders bevorzugt von 1-4 g/cm3. Ferner kann das Rad in einer sogenannten mehr Niveau Technik ausgeführt werden, wobei zunächst aus einer dickeren Platte (sogenannter Wafer) mittels Photolithographie und reaktivem lonenätzen z.B. die Aussenkontur des Ankerradesherausgeätzt wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Rad noch mit kleinen Stegen im verbleibenden Wafer gehalten wird, um nicht jedes Bauteil einzeln manipulieren zu müssen. In einem weiteren Schritt wird über einen weiteren Photolithogaphieschritt, welcher genau zum ersten Ätzschritt positioniert bzw. justiert wird, der innere Bereich des Zahnrades abgedünnt. Hierbei kann der zweite Schritt auch von der Rückseite des Wafers aus erfolgen. Ggf. kann dieser Schritt auch vor dem Freilegen der Aussenkontur des Ankerrades erfolgen. Beispiele für diese Technologie können u.a. aus www.Sigatec.ch entnommen werden.The industrial implementation of such an inverted arrangement must also enable safe engagement of the wheel and armature. As a consequence, the wheel, or at least the thickness of the piston tooth, must be made significantly thicker than that of the armature pallet. This in turn results in the wheel having a greater moment of inertia and thus reducing the efficiency of the escapement. The use of the new materials (Si, diamond) has an advantageous effect here, which on the one hand have a significantly lower density than steel and, on the other hand, in the case of diamond, a very high modulus of elasticity (700 GPa-1100 GPa) with high bending stress at the same time (1 GPa-10GPa). The latter parameters allow the components to be skeletonized even more, thereby reducing the moment of inertia and thus increasing the effectiveness of the inhibition again. The new materials, however, have a significantly lower density than metallic materials and the new processing methods can achieve a higher degree of skeletonization. The density is preferably less than 4.5 g / cm 3 , particularly preferably from 1-4 g / cm 3 . Furthermore, the wheel can be designed in a so-called multi-level technique, whereby the outer contour of the escape wheel, for example, is first etched out of a thicker plate (so-called wafer) using photolithography and reactive ion etching. It is advantageous here that the wheel is still held in the remaining wafer with small bars so that each component does not have to be manipulated individually. In a further step, the inner area of the gearwheel is thinned via a further photolithography step, which is positioned or adjusted exactly to the first etching step. The second step can also be carried out from the rear of the wafer. Possibly. this step can also be done before exposing the outer contour of the escape wheel. Examples of this technology can be found at www.Sigatec.ch, among others.

Alle bisherigen Ansätze in der Uhrmacherei verfolgten grundsätzlich den Ansatz den Verschleiß zu minimieren sowie das Trägheitsmoment der Komponenten so klein wie möglich zu halten. Deshalb wurde das Ankerrad immer so dünn wie möglich ausgeführt. Überraschenderweise wurde nun festgestellt, dass es im Fall von harten Werkstoffen wie Diamant oder Silizium vorteilhafter ist, den Verschleiß gezielt zu stimulieren. Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, die Anordnung der Hemmung derart zu invertieren, dass der Anker die sogenannte definierte geometrische Kontaktfläche A0 aufweist. Durch den Einsatz von Werkstoffen mit geringer Dichte und hoher mechanischer Festigkeit, kann nun das Ankerrad (oder zumindest die Kolbenzähne des Ankerrades) dicker ausgeführt werden als die Paletten des Ankers.All previous approaches in watchmaking basically pursued the approach of minimizing wear and tear and keeping the moment of inertia of the components as small as possible. That is why the escape wheel was always made as thin as possible. Surprisingly, it has now been found that, in the case of hard materials such as diamond or silicon, it is more advantageous to specifically stimulate wear. According to the invention, it is therefore proposed to invert the arrangement of the inhibition in such a way that the armature has the so-called defined geometric contact area A 0 . By using materials with low density and high mechanical strength, the escape wheel (or at least the piston teeth of the escape wheel) can now be made thicker than the pallets of the anchor.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dicke der Paletten 50 bis 180 µm und die Dicke der Zähne des Zahnrades 100 bis 500 µm betragen, wobei es vorteilhaft ist, die Dicke der Paletten kleiner ist als die Dicke der Zähne auszuführen. Erfindungsgemäß wird unter der Dicke jeweils der vertikale Abstand der Oberseite zur Unterseite des Zahnes bzw. der Palette verstanden.According to the present invention it is provided that the thickness of the pallets are 50 to 180 μm and the thickness of the teeth of the gearwheel 100 to 500 μm, it being advantageous to make the thickness of the pallets smaller than the thickness of the teeth. According to the invention, the thickness is understood to mean the vertical distance from the top to the bottom of the tooth or the pallet.

Erfindungsgemäß ist, wie vorstehend dargelegt, die Flanke der Paletten so ausgebildet, dass bei jedem Kontakt mit der vorderen Flanke der Zähne des Rades immer die vordere Flanke der Paletten mit der gleichen geometrischen Kontaktfläche A0 im Eingriff steht. Erfindungsgemäß sind dazu die vorderen Flanken der Paletten und die vorderen Flanken der Zähne, die eine Nicht-Vertikalität aufweisen, so zueinander angeordnet, dass eine symmetrische Nicht-Vertikalität (Freiwinkel α) von mindestens 0,5°, bevorzugt 1°, besonders bevorzugt 2° entsteht. Typisch sind dabei etwa 1° je Bauteilflanke. Es ist dabei auch nicht erforderlich, dass die jeweiligen Bauteile die gleiche Abweichung aus der Idealen aufweisen.According to the invention, as explained above, the flank of the pallets is designed in such a way that with each contact with the front flank of the teeth of the wheel, the front flank of the pallet is always in engagement with the same geometric contact surface A 0 . According to the invention, the front flanks of the pallets and the front flanks of the teeth, which have a non-verticality, are arranged to one another in such a way that a symmetrical non-verticality (clearance angle α) of at least 0.5 °, preferably 1 °, particularly preferably 2 ° arises. Around 1 ° per component flank is typical. It is also not necessary that the respective components have the same deviation from the ideal.

Bei einer derartigen erfindungsgemäßen Anordnung entstehen nun bei Betrieb der Hemmung, in Richtung der Relativbewegung, in den vorderen Flanken der Zähne, die schon vorstehend genannten definierten geometrischen Kontaktflächen A0in Form eines Bandes, die eine Breite von maximal 20 µm, bevorzugt bis zu 15 µm, besonders bevorzugt bis zu 10 µm, ganz besonders bevorzugt bis zu 5 µm besitzen.With such an arrangement according to the invention, when the inhibition is in operation, in the direction of the relative movement, in the front flanks of the teeth, the aforementioned defined geometric contact areas A 0 in the form of a band, which have a maximum width of 20 μm, preferably up to 15 µm, particularly preferably up to 10 µm, very particularly preferably up to 5 µm.

Diese geometrischen Kontaktflächen A0 entstehen offensichtlich durch den Abrieb der rauen Bauteiloberflächen gegeneinander. Es hat sich nun gezeigt, dass neben der geometrischen Kontaktfläche A0 beim Einlaufen der Hemmung sich dann noch eine weitere, und zwar eine reale Kontaktfläche AR ausbildet, die nur eine Teilfläche der geometrischen Kontaktfläche A0 ist. Es hat sich gezeigt, dass das Verhältnis der realen Kontaktfläche AR zur geometrischen Kontaktfläche A0 zwischen 20 und 90% liegt.These geometric contact areas A 0 are obviously created by the abrasion of the rough component surfaces against one another. It has now been shown that, in addition to the geometric contact area A 0, when the inhibition enters, another, namely a real contact area A R is formed which is only a partial area of the geometric contact area A 0 . It has been shown that the ratio of the real contact area A R to the geometric contact area A 0 is between 20 and 90%.

Bezüglich der geometrischen Anordnung der Flanken der Paletten ist es bevorzugt, wenn die vordere Flanke der Palette dachförmig mit einem mittigen Grat oder zylindrisch mit einer nach außen gewölbten Fläche (bombiert) ausgebildet ist.With regard to the geometrical arrangement of the flanks of the pallets, it is preferred if the front flank of the pallet is roof-shaped with a central ridge or cylindrical with an outwardly curved surface (cambered).

Erfindungsgemäß besteht eine weitere Ausführungsform darin, dass die vordere Flanke der Paletten in einer nicht-vertikalen Anordnung in Bezug zur Oberseite bzw. Unterseite der Palette ausgebildet ist. Für diesen Fall kann die vordere Flanke der Paletten als glatte ebene Fläche ausgebildet sein, die um maximal ± 3°, bevorzugt ± 1°, besonders bevorzugt um weniger als ± 0,5° von der Senkrechten in Bezug zur Oberfläche der Paletten abweicht.According to the invention, a further embodiment consists in that the front flank of the pallets is designed in a non-vertical arrangement in relation to the top or bottom of the pallet. For this case, the front flank of the pallets can be designed as a smooth, flat surface that is at most ± 3 °, preferably ± 1 °, particularly preferably less than ± 0.5 ° deviates from the vertical in relation to the surface of the pallets.

Die Erfindung umfasst aber auch alle weiteren Ausführungsformen, bei denen die vordere Flanke der Paletten eine derartige Ausbildung hat, dass eine definierte geometrische Kontaktfläche A0 in der vorderen Flanke der Zähne des Rades entsteht.However, the invention also encompasses all further embodiments in which the front flank of the pallets is designed in such a way that a defined geometric contact surface A 0 is created in the front flank of the teeth of the wheel.

Bei einer alternativen Ankerhemmung, die nicht Teil der Erfindung ist, werden die Paletten gegen die Kontaktfläche des Ankerzahnrades schräg gestellt, so dass nicht die ebenfalls seitliche Endfläche des Ankerzahnrades sondern nur die obere Kante des Zahnes an der Palette anliegt und quer zur Richtung der Kante über diese Fläche gleitet.In an alternative anchor escapement, which is not part of the invention, the pallets are placed at an angle against the contact surface of the anchor gear so that not the also lateral end surface of the anchor gear but only the upper edge of the tooth rests on the pallet and transversely to the direction of the edge this surface slides.

Bevorzugt ist es weiterhin, wenn auch das Ankerrad aus Silizium gefertigt ist und mindestens die Kontaktbereiche der Zähne des Zahnrades ebenfalls analog der Paletten eine Hartstoffbeschichtung, vorzugsweise aus Diamant aufweisen.It is also preferred if the escape wheel is also made of silicon and at least the contact areas of the teeth of the gearwheel likewise have a hard material coating, preferably of diamond, similar to the pallets.

Im bevorzugten Falle sind somit sowohl die Ankerpaletten wie auch das Zahnrad und die radial nach außen gerichteten Zähne aus Silizium gefertigt und weisen eine Hartstoffbeschichtung auf.In the preferred case, both the armature pallets and the gear wheel and the teeth directed radially outward are thus made of silicon and have a hard material coating.

Die Hartstoffbeschichtung der Zähne und der Paletten besitzt dabei bevorzugt eine Schichtdicke von 0,5 bis 100 µm, bevorzugt 2 bis 50 µm und ist ausgewählt aus Siliziumdioxid, nicht stöchiometrischen Oxiden mit der Formel SixOy, wobei x und y ganze Zahlen sind, aus Siliziumoxynitriden oder aus Siliziumcarbiden, Siliziumnitrid und/oder Diamant. Im Fall von Siliziumbauteilen können die Kontaktflächen auch einfach thermisch oxydiert werden (z.B. gem. EP 1 904 901 ).The hard material coating of the teeth and the pallets preferably has a layer thickness of 0.5 to 100 µm, preferably 2 to 50 µm and is selected from silicon dioxide, non-stoichiometric oxides with the formula Si x O y , where x and y are whole numbers, from silicon oxynitrides or from silicon carbides, silicon nitride and / or diamond. In the case of silicon components, the contact surfaces can also simply be thermally oxidized (e.g. acc. EP 1 904 901 ).

Bevorzugt ist es dabei, wenn die Hartstoffbeschichtung eine Beschichtung aus nanokristallinem Diamant ist. Insbesondere diejenigen Ausführungsformen, bei denen sowohl das Zahnrad wie auch die Paletten eine Hartstoffbeschichtung aus nanokristallinem Diamant besitzt, sind bevorzugt. Bevorzugt sind dabei Beschichtungen, die 96 bis 97% sp3 gebundenen Kohlenstoff bei einer Korngröße von 9 nm aufweisen.It is preferred here if the hard material coating is a coating made of nanocrystalline diamond. In particular, those embodiments in which both the gear wheel and the pallets have a hard material coating made of nanocrystalline diamond are preferred. Coatings which have 96 to 97% sp 3 bound carbon with a grain size of 9 nm are preferred.

Es hat sich weiterhin gezeigt, dass es günstig ist, wenn die nanokristalline Diamantschicht eine Oberflächenrauheit von 3 bis 100 nm Rms, bevorzugt 1 bis 30 nm Rms, besonders bevorzugt 1-7nm Rms aufweist. Unter der Rauheit Rms wird die quadratische Rauheit, die dem quadratischen Mittel entspricht, verstanden. Eine nanokristalline Diamantschicht mit einer derart geringen Oberflächenrauigkeit benötigt entsprechend weniger Einlaufweg/Anlaufzeit, was zu einer kürzeren Einlaufphase führt, um einen minimalen und konstanten Reibungskoeffizienten zu erreichen.It has furthermore been shown that it is advantageous if the nanocrystalline diamond layer has a surface roughness of 3 to 100 nm Rms, preferably 1 to 30 nm Rms, particularly preferably 1-7 nm Rms. The roughness Rms is understood to be the square roughness, which corresponds to the square mean. A nanocrystalline diamond layer with such a low surface roughness requires correspondingly less run-in travel / start-up time, which leads to a shorter run-in phase in order to achieve a minimal and constant coefficient of friction.

Bevorzugt ist es weiterhin, wenn die kristallinen Domänen der nanokristallinen Diamantschicht eine mittlere Korngröße d50 von 0,5 nm bis 50 nm, bevorzugt von 1 nm bis 20 nm, besonders bevorzugt von 1 nm bis 10nm aufweisen. Der Vorteil einer derartigen Ausführungsform besteht darin, dass eine möglichst homogene und einheitliche nanokristalline Diamantschicht mit einer wie vorstehend beschrieben, sehr kleinen Korngröße entsteht. Durch kleinere Körner erhöht sich zwangsläufig das Korngrenzenvolumen. Sind die Körner klein im Verhältnis zur Oberflächenrauheit, kann die Einlaufphase zudem beschleunigt werden. Die Zusammenhänge sind in Figur 7 dargestellt. Bevorzugt ist dabei ein Korngrenzvolumen von 0 bis 50%, bevorzugt von 10 bis 30%. Denn das Heraustrennen eines einzelnen Kornes aus dem Verbund ist einfacher, als das Glattschleifen eines großen Kornes. Deshalb ist es vorteilhaft wenn die kristallinen Domänen kleiner als 0,5xRt, bevorzugt 0,2xRt, besonders bevorzugt 0,1xRt der verbleibenden Oberflächenrauheit betragen. Bei der Rauheit Rt ist allerdings in diesem Fall die absolute Oberflächenrauheit Rt (Rautiefe), gemessen als peak-to-valley Wert, anzusetzen. Rt berechnet sich aus der Differenz der maximalen Peakhöhe Rp zur maximalen Peaktiefe Rv.It is also preferred if the crystalline domains of the nanocrystalline diamond layer have an average grain size d 50 of 0.5 nm to 50 nm, preferably from 1 nm to 20 nm, particularly preferably from 1 nm to 10 nm. The advantage of such an embodiment is that a very homogeneous and uniform nanocrystalline diamond layer with a very small grain size as described above is produced. Smaller grains inevitably increase the grain boundary volume. If the grains are small in relation to the surface roughness, the running-in phase can also be accelerated. The connections are in Figure 7 shown. A grain boundary volume of 0 to 50%, preferably 10 to 30%, is preferred. Because cutting out a single grain from the composite is easier than smoothing a large grain. It is therefore advantageous if the crystalline domains are less than 0.5 × R t , preferably 0.2 × R t , particularly preferably 0.1 × R t of the remaining surface roughness. For the roughness R t , however, the absolute surface roughness R t (roughness depth), measured as the peak-to-valley value, is to be used in this case. R t is calculated from the difference between the maximum peak height R p and the maximum peak depth R v .

Da sowohl reines Silizium als auch Diamant elektrische Isolatoren sind, wird ferner vorgeschlagen beide Werkstoffe elektrisch zu dotieren, so dass sie zumindest eine geringe elektrische Leifähigkeit aufweisen. Hierdurch können elektrostatische Aufladungseffekte vermieden werden. Die dotierverfahren von Silizium sind hinreichend in der Literatur beschrieben. Bei Diamant wird vorgeschlagen entweder auf die Dotierung mit Bor oder mit Stickstoff bzw. Ammoniak zurückzugreifen. ( N. Wiora et al., Synthesis and Characterization of n-type Nitrogenated, Nanocrystalline Diamond Micron Materials and Nanomaterials, 15:96-98 ). Ferner wird vorgeschlagen, dass im Falle von isolierenden Werkstoffen die Reibpartner aus dem gleichen Werkstoff bestehen, somit die gleiche Austrittsarbeit aufweisen. Hierdurch kann eine elektrostatische Aufladung aufgrund des bloßen Reibkontakts weitestgehend ausgeschlossen werden.Since both pure silicon and diamond are electrical insulators, it is further proposed to electrically dop both materials so that they have at least a low electrical conductivity. In this way, electrostatic charging effects can be avoided. The doping processes for silicon are sufficiently described in the literature. In the case of diamond, it is suggested to use either boron doping or nitrogen or ammonia doping. ( N. Wiora et al., Synthesis and Characterization of n-type Nitrogenated, Nanocrystalline Diamond Micron Materials and Nanomaterials, 15: 96-98 ). It is also proposed that, in the case of insulating materials, the friction partners consist of the same material and thus have the same work function. In this way, electrostatic charging due to the mere frictional contact can be largely excluded.

Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft anhand mehrerer Figuren näher beschrieben.

  • Figur 1 zeigt schematisch die Draufsicht auf eine Schweizer Ankerhemmung in den beiden Ruhelagen.
  • Figur 2 zeigt den dynamischen Implusionsvorgang einer Schweizer Ankerhemmung wie in Figur 1 dargestellt.
  • Figur 3 zeigt nun in vergrößerter Darstellung das Verhalten der Kontaktflächen einer Schweizer Ankerhemmung des Standes der Technik während des Impulsionsvorgangs.
  • Figur 4 zeigt eine entsprechende schematische Darstellung bei einer Lageveränderung der Uhr.
  • Figur 5 zeigt nun eine erfindungsgemäße Konfiguration der Kontaktflächen wie sie sich während des Impulsionsvorgangs bei der Erfindung darstellen.
  • Figur 6 zeigt die erfindungsgemäße Ausführungsform in vergrößerter Darstellung bei einer Lagerveränderung der Uhr.
  • Figur 7 zeigt eine grafische Darstellung, wie sich die Korngröße zum Korngrenzvolumen verhält.
  • Figur 8 zeigt Rasterelektronenmikroskopaufnahmen eines Kolbenzahnes nach 9 Tagen ununterbrochenen Lauf der Hemmung.
  • Figur 9 zeigt die geometrische Kontaktfläche A0 in vergrößerter Darstellung sowie die reale Kontaktfläche AR.
  • Figur 10 zeigt experimentell ermittelte Amplituden und Gangwerte eines ETA-Kalibertyps 2892A2 bestückt mit einer konventionellen diamantbeschichteten Hemmung.
  • Figur 11 zeigt nun zum Vergleich ebenfalls die experimentell ermittelten Amplituden und Gangwerte eines ETA-Kalibertyps 2892A2 bestückt mit einer erfindungsgemäßen diamantbeschichteten Hemmung.
  • Figuren 12 bis 14 zeigen weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen in schematischer Darstellung, wie sie sich während des Implusionsvorganges bei der Erfindung darstellen.
The invention is described in more detail below by way of example only with reference to several figures.
  • Figure 1 shows schematically the top view of a Swiss lever escapement in the two rest positions.
  • Figure 2 shows the dynamic implusion process of a Swiss lever escapement as in Figure 1 shown.
  • Figure 3 now shows in an enlarged representation the behavior of the contact surfaces of a Swiss anchor escapement of the prior art during the impulse process.
  • Figure 4 shows a corresponding schematic representation when the position of the clock changes.
  • Figure 5 now shows an inventive configuration of the contact surfaces as they appear during the impulse process in the invention.
  • Figure 6 shows the embodiment according to the invention in an enlarged view with a change in the bearing of the watch.
  • Figure 7 shows a graphic representation of how the grain size relates to the grain boundary volume.
  • Figure 8 shows scanning electron microscope images of a piston tooth after 9 days of uninterrupted inhibition.
  • Figure 9 shows the geometric contact area A 0 in an enlarged representation as well as the real contact area A R.
  • Figure 10 shows experimentally determined amplitudes and rate values of an ETA caliber type 2892A2 equipped with a conventional diamond-coated escapement.
  • Figure 11 now shows, for comparison, the experimentally determined amplitudes and rate values of an ETA caliber type 2892A2 equipped with a diamond-coated escapement according to the invention.
  • Figures 12 to 14 show further embodiments according to the invention in a schematic representation as they are presented during the implusion process in the invention.

Figur 1 zeigt nun in der Draufsicht eine Schweizer Ankerhemmung. Die Figur 1A zeigt dabei den Zustand des Ankers 1 und des Rades 4 beim Start und die Figur 1B nach dem Nulldurchgang der Unruhe. Figure 1 now shows a Swiss lever escapement in plan view. The Figure 1A shows the state of the armature 1 and the wheel 4 at the start and the Figure 1B after the zero crossing of the unrest.

Wie aus der Figur 1A zu entnehmen ist, weist das Ankerrad 4 im hier dargestellten Fall 20 Kolbenzähne 5 auf. Der Anker 1 besitzt eine Eingangspalette 2 und eine Ausgangspalette 2', welche abwechselnd mit den Kolbenzähnen 5 des Rades 4 im Eingriff stehen. Die Figuren 1A und 1B zeigen dabei jeweils die Ruhezustände. In Figur 1B ist auch die neue Position des Kolbenzahnes 5 dargestellt. Der Stopper 20 dient dem Anker 4 als Anschlag. Alternativ kann auch auf einen derartigen Anschlag verzichtet werden und zwar durch das Einbringen eines Absatzes in den Ankerpaletten. Eine derartige Ausführungsform ist zum Beispiel in der Schweizer Patentschrift CH 5 67293 , hier insbesondere die Figuren 5 und 6, beschrieben. Wesentlich ist nun, dass bei einer Schweizer Ankerhemmung des Standes der Technik bei jeder Umdrehung des Rades 4 alle 20 Kolbenzähne 5 des Rades 4 jeweils einmal sowohl mit der Eingangspalette 2 als auch mit der Ausgangspalette 2' wechselwirken. In der Figur 1 ist die Drehrichtung jeweils durch den Pfeil angezeigt.As from the Figure 1A It can be seen that the escape wheel 4 has 20 piston teeth 5 in the case shown here. The armature 1 has an input pallet 2 and an output pallet 2 ', which are alternately engaged with the piston teeth 5 of the wheel 4. The Figures 1A and 1B show the idle states. In Figure 1B the new position of the piston tooth 5 is also shown. The stopper 20 serves as a stop for the armature 4. Alternatively, such a stop can also be dispensed with, namely by introducing a shoulder in the anchor pallets. Such an embodiment is for example in the Swiss patent CH 5 67293 , here in particular the Figures 5 and 6th described. It is now essential that with a Swiss armature escapement of the prior art, with each revolution of the wheel 4, all 20 piston teeth 5 of the wheel 4 interact once with both the input pallet 2 and the output pallet 2 '. In the Figure 1 the direction of rotation is indicated by the arrow.

Figur 2 zeigt nun die in der Figur 1 näher beschriebene Schweizer Ankerhemmung, hier während des in dynamischen Implusionsvorgang (Wechselwirkung zwischen Kolbenzahn 5 und Ankerpalette 2 bzw. 2'). In der vergrößerten Darstellung (Detail A) sind die wesentlichen Bereiche vergrößert dargestellt. Der Kolbenzahn 5 des Rades 4 hat bereits die Ruhefläche 22 verlassen und befindet sich auf der Hebefläche 23 der Eingangspalette 2. Durch das anliegende Drehmoment des Räderwerks gleitet nun der Kolbenzahn 5 über die Hebefläche 23 der Eingangspalette 2 und drückt dabei die Ankerpalette 2 zurück. Zum besseren Verständnis des Ablaufes wird auf Figur 3 verwiesen. Mit 21 ist dabei die Position gezeigt, mit der die Palette 2 mit dem Anker 5 im Eingriff steht. Figure 2 now shows the in the Figure 1 Swiss anchor escapement described in more detail, here during the dynamic implusion process (interaction between piston tooth 5 and anchor pallet 2 or 2 '). In the enlarged view (Detail A) the essential areas are shown enlarged. The piston tooth 5 of the wheel 4 has already left the resting surface 22 and is on the lifting surface 23 of the input pallet 2. Due to the applied torque of the gear train, the piston tooth 5 slides over the lifting surface 23 of the input pallet 2 and pushes the anchor pallet 2 back. For a better understanding of the process, click on Figure 3 referenced. The position in which the pallet 2 is in engagement with the armature 5 is shown at 21.

Figur 3 zeigt nun in vergrößerter Darstellung, wie sich die Kontaktflächen zueinander verhalten. Um sicherzustellen, dass die Kolbenzähne 5 des Ankerrades 4 sicher in die Paletten 2, 2' des Ankers 1 eingreifen, werden die Paletten 2, 2' des Ankers 1 dicker ausgeführt als die Kolbenzähne 5 des Rades. Dies ist insbesondere aus dem Schnitt A-A zu entnehmen. Zum besseren Verständnis des Ablaufes des Impulsionsvorganges bei einer Schweizer Ankerhemmung des Standes der Technik ist im Detail B näher dargestellt, mit 25 ist wieder die Stelle gezeigt, bei der die Palette 2 mit dem Zahn 5 im Eingriff steht. Durch den Herstellungsprozess bedingt weisen die Flanken 12 des Zahnes 5 sowie die Flanken 8 der Paletten 2 der Bauteile nie einen Winkel von 90° zur Oberfläche auf (sogenannte Nicht-Vertikalität). Als Konsequenz können die Bauteile somit so eingebaut werden, dass die Funktionsflächen planparallel zueinander stehen. Üblicherweise werden die Bauteile nun so montiert, dass die Flanken gegeneinander ausgerichtet sind, so dass sich ein Freiwinkel α ergibt. Im hier dargestellten Fall, wurde eine symmetrische Nicht-Vertikalität von jeweils 2° angenommen. Typisch sind etwa 1° je Bauteilflanke. Hierbei ist es nun nicht notwendig, dass die Funktionsflächen von Rad 4 und Anker 1 die gleiche Abweichung aus der Idealen aufweisen müssen. Figure 3 now shows in an enlarged representation how the contact surfaces relate to one another. To ensure that the piston teeth 5 of the escape wheel 4 securely engage the pallets 2, 2 'of the armature 1, the pallets 2, 2' of the armature 1 are made thicker than the piston teeth 5 of the wheel. This can be seen in particular from section AA. For a better understanding of the sequence of the impulse process in a Swiss anchor escapement of the prior art, B is shown in detail in detail, with 25 the point is again shown at which the pallet 2 is in engagement with the tooth 5. Due to the manufacturing process, the flanks 12 of the tooth 5 and the flanks 8 of the pallets 2 of the components never have an angle of 90 ° to the surface (so-called non-verticality). As a consequence, the components can be installed in such a way that the functional surfaces are plane-parallel to one another. Usually the components are now mounted in such a way that the flanks are aligned with one another, so that a clearance angle α results. In the case shown here, a symmetrical non-verticality of 2 ° was assumed. Around 1 ° per component flank is typical. It is not necessary here for the functional surfaces of wheel 4 and armature 1 to have the same deviation from the ideal.

Figur 4 zeigt nun noch das Verhalten der Bauteile zueinander bei einer Lageveränderung der Uhr. In Figur 4 ist im linken Teil bei Schnitt A-A und Detail C die Ausgangslage dargestellt, wie sie vorher schon bei Figur 3 näher beschrieben worden ist. Wenn nun eine Lageänderung der Uhr eintritt, so verändert sich auch das Lagerspiel, d.h. die relative Lage der Bauteile zueinander. Hierdurch kommt es zu einer Verschiebung Δh zwischen dem Kolbenzahn 5 und der Eingangspalette 2, wie es im Detail B in der rechten Hälfte der Figur 4 dargestellt ist. Wichtig ist dabei, dass der Kolbenzahn 5 des Rades 4 bedingt durch den Freiwinkel α nun an der Stelle 25 im Eingriff steht, aber immer noch auf der gleichen Kontaktfläche A0 arbeitet. Die Kontaktstelle 25 der Hebelfläche 23 der Eingangsseite 2 hingegen, ist nun um den Betrag Δh verschoben. Figure 4 shows the behavior of the components in relation to each other when the clock changes position. In Figure 4 the starting position is shown in the left part at section AA and detail C, as it was previously at Figure 3 has been described in more detail. If the position of the watch changes, the bearing play changes, ie the relative position of the components to one another. This results in a shift Δh between the piston tooth 5 and the input pallet 2, as shown in detail B in the right half of the Figure 4 is shown. It is important that the piston tooth 5 of the wheel 4 is now in engagement at the point 25 due to the clearance angle α, but still works on the same contact area A 0 . The contact point 25 of the lever surface 23 of the input side 2, however, is now shifted by the amount Δh.

Figur 5 zeigt nun eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Analog zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform des Standes der Technik weisen wiederum bedingt durch den Herstellungsprozess die Flanken 12 des Kolbenzahnes 5 wie auch die Flanke 8 der Palette 2 eine Nicht-Vertikalität auf. Auch bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Bauteile so montiert, dass die Flanken 8, 12 gegeneinander ausgerichtet sind, so dass sich analog zu den Figuren 3 und 4 ein Freiwinkel α ergibt. Dies ist wiederum in Figur 5 im Detail B dargestellt. Bei der Ausführungsform nach der Figur 5 wurde wiederum eine symmetrische Nicht-Vertikalität von jeweils 2° angenommen. Auch bei der Erfindung sind etwa 1° je Bauteilflanke 8 bzw. 12 bevorzugt. Hierbei ist es ebenfalls nicht notwendig, dass die Funktionsflächen von Rad 4 und Anker 1 die gleiche Abweichung aus der Idealen aufweisen müssen. Abweichend zum Stand der Technik ist aber nun, dass der Kolbenzahn 5 des Rades dicker ausgeführt wurde als die Dicke der Paletten 2 des Ankers 4. Somit wird auch wieder ein sicheres Eingreifen der Kolbenzähne 5 in die Ankerpalette 2 sichergestellt. Mit 30 ist wieder die Kontaktstelle bezeichnet. Die nun durch die erfindungsgemäße Anordnung bedingte verbesserte Funktion ergibt sich aus Figur 6. Figure 5 now shows an embodiment of the invention. Analogous to the embodiment of the prior art described above, the flanks 12 of the piston tooth 5 as well as the flank 8 of the pallet 2 are again non-vertical due to the manufacturing process. In the solution according to the invention, too, the components are mounted in such a way that the flanks 8, 12 are aligned with one another, so that, analogously to the Figures 3 and 4th results in a clearance angle α. Again, this is in Figure 5 shown in detail B. In the embodiment according to Figure 5 a symmetrical non-verticality of 2 ° was assumed again. In the invention, too, about 1 ° per component flank 8 or 12 is preferred. It is also not necessary here for the functional surfaces of wheel 4 and armature 1 to have the same deviation from the ideal. In contrast to the prior art, however, it is now that the piston tooth 5 of the wheel is made thicker than the thickness of the pallets 2 of the armature 4. This also ensures that the piston teeth 5 engage securely in the armature pallet 2 again. The contact point is again designated by 30. The improved function now caused by the arrangement according to the invention results from Figure 6 .

Figur 6 zeigt die Schnittdarstellung aus Figur 5 nun bei Eintritt einer Lagerveränderung der Uhr. Diese tritt wieder ein, wenn die Uhr beispielsweise gedreht wird. Durch das Lagerspiel ändert sich die relative Lage der Bauteile zueinander. Hierdurch kommt es auch zu einer Verschiebung Δh der Kontaktstellen 30 zwischen Kolbenzahn 5 und Eingangspalette 2. Erfindungswesentlich ist nun, dass die Hebelfläche der Palette 2 bedingt durch den Freiwinkel.α nun immer noch auf der gleichen geometrischen Kontaktfläche A0 arbeitet (definierte Kontaktflächen). Die Kontaktstelle 30 des Kolbenzahnes 5 des Ankerrades 4 hingegen ist um den Betrag Δh verschoben. Figure 6 shows the sectional view from Figure 5 now when there is a change in the position of the watch. This occurs again when, for example, the clock is turned. The bearing play changes the relative position of the components to one another. This also results in a shift Δh of the contact points 30 between piston tooth 5 and input pallet 2. It is essential to the invention that the lever surface of pallet 2 due to the clearance angle α now still works on the same geometric contact surface A 0 (defined contact surfaces). The contact point 30 of the piston tooth 5 of the escape wheel 4, however, is shifted by the amount Δh.

Entscheidend ist nun, dass im Vergleich zum Stand der Technik die definierte Kontaktfläche der Ankerpalette durch diese Anordnung den n-fachen Verschleiß erfährt, so dass diese schneller einlaufen kann. Durch die erfindungsgemäße inverse Anordnung wird somit ein deutlich verbessertes Einlaufverhalten der Bauteile erreicht, so dass die Uhr zu einem früheren Zeitpunkt bereits betriebsbereit ist.It is now crucial that, compared to the prior art, the defined contact surface of the anchor pallet experiences n-fold wear due to this arrangement, so that it can run in more quickly. As a result of the inverse arrangement according to the invention, a significantly improved running-in behavior of the components is thus achieved, so that the clock is already at an earlier point in time is ready for use.

Figur 7 zeigt nun wie sich das Korngrenzvolumen zur Korngröße verhält. Wie aus Figur 7 hervorgeht, wird durch kleinere Körner zwangsläufig ein erhöhtes Korngrenzvolumen erreicht. Bevorzugt ist ein Korngrenzvolumen von 0 bis 50%, bevorzugt von 10 bis 30%. Figure 7 now shows how the grain boundary volume relates to the grain size. How out Figure 7 is shown, an increased grain boundary volume is inevitably achieved by smaller grains. A grain boundary volume of 0 to 50%, more preferably 10 to 30%, is preferred.

Figur 8 zeigt in vergrößerter Darstellung (Figur 8a) einen Kolbenzahn 5 und in Figur 8b den in Figur 8a gekennzeichnet vergrößerten Abschnitt Figure 8 shows in an enlarged view ( Figure 8a ) a piston tooth 5 and in Figure 8b the in Figure 8a marked enlarged section

Die Darstellung in Figur 8b zeigt einen erfindungsgemäßen Kolbenzahn 5 nach 9 Tagen ununterbrochener Lauf der Hemmung. Die geometrische Kontaktfläche A0, die durch den dunklen Teil dargestellt wird, kann eine Breite von 0,5 bis 20 µm, bevorzugt von 1 bis 10 µm, ganz besonders bevorzugt von 1 bis 5 µm aufweisen. Die reale Kontaktfläche AR (heller Streifen) ist aufgrund der Nicht-Vertikalität des Bauteils auf den äußersten oberen Teil des Bauteils beschränkt. Unter 25.000facher Vergrößerung wird erkennbar, dass die geometrische Kontaktfläche A0 im Beispielsfall lediglich etwa 1,5 bis 2 µm breit ist. Die die geometrische Kontaktfläche A0 umsäumende dunkle Farbe resultiert durch den Abrieb der ursprünglich noch mikroskopisch rauen Bauteiloberfläche. Der helle Bereich wurde durch die Funktion des Bauteils poliert und befindet sich tatsächlich in Kontakt mit den Paletten (2,2'). Dies wird erfindungsgemäß als reale Kontaktfläche AR bezeichnet. Durch den Helligkeitsunterschied ist es möglich, die geometrische und reale Kontaktfläche zu ermitteln und den Quotienten zu bilden.The representation in Figure 8b shows a piston tooth 5 according to the invention after 9 days of uninterrupted running of the inhibition. The geometric contact area A 0 , which is represented by the dark part, can have a width of 0.5 to 20 μm, preferably 1 to 10 μm, very particularly preferably 1 to 5 μm. The real contact area A R (light stripe) is limited to the outermost upper part of the component due to the non-verticality of the component. Under 25,000 times magnification it can be seen that the geometric contact area A 0 is only about 1.5 to 2 μm wide in the example. The dark color surrounding the geometric contact area A 0 results from the abrasion of the originally still microscopically rough component surface. The light area has been polished by the function of the component and is actually in contact with the pallets (2.2 '). According to the invention, this is referred to as the real contact area A R. The difference in brightness makes it possible to determine the geometric and real contact area and to form the quotient.

Dies wird unter anderem auch in Figur 9 dargestellt, bei der ebenfalls wieder in Figur 9a die geometrische Kontaktfläche A0 und in Figur 9b die reale Kontaktfläche Ar dargestellt ist. Bildet man nun das Verhältnis Ar zu A0, so ergibt sich im vorliegenden Fall 74,6%. Während der Einlaufphase vergrößert sich die reale Kontaktfläche so lange bis typischerweise ein Tragflächenanteil T von mehr als 50% erreicht ist. Ähnliche Auswertungen wurden auch mit einem weiteren Kaliber vom Typ ETA 2824A2 (ebenfalls Pointage 20.3, also gleiche Hemmbauteile) welches allerdings mit einem deutlich höheren Drehmoment arbeitet. Hieraus resultiert auch eine deutlich höhere Flächenpressung. Auch hier wurde festgestellt, dass ein Tragflächenanteil von mindestens 50% für den Abschluss der Einlaufphase notwendig ist.This is also used in Figure 9 shown, which is also shown in Figure 9a the geometric contact area A 0 and in Figure 9b the real contact area A r is shown. If one now forms the ratio A r to A 0 , this results in 74.6% in the present case. During the running-in phase, the real contact area increases until typically a wing area T of more than 50% is reached. Similar evaluations were also made with another caliber of the type ETA 2824A2 (also Pointage 20.3, i.e. the same jamming components) which, however, works with a significantly higher torque. This also results in a significantly higher surface pressure. Here, too, it was found that a wing share of at least 50% for the completion of the running-in phase is necessary.

In Figur 10 sind nun experimentell ermittelte Amplituden und Gangwerte eines ETA-Kalibertyps 2892A2 bestückt mit einer konventionellen diamantbeschichteten Hemmung mit sp2-haltiger Abschlussschicht gemäß dem Europäischen Patent EP 2 236 455 B2 dargestellt. Diese Hemmung ist schmierungsfrei.In Figure 10 are now experimentally determined amplitudes and rate values of an ETA caliber type 2892A2 equipped with a conventional diamond-coated escapement with sp 2 -containing top layer according to the European patent EP 2 236 455 B2 shown. This escapement is lubrication-free.

Die Amplitudenwerte (Fig. 10a) werden mittels einer Zeitwaage Typ Witschi M1 (akustisch) gemessen und optisch kontrolliert. Bei den dargestellten Werten handelt es sich um arithmetische Mittelwerte aus je 6 Lagen (Ziffernblatt oben, unten; Krone oben, rechts, unten, links) Das Messintervall betrug jeweils 30 Sekunden, Die Stabilisierungszeit ebenfalls 30s. Bei der mittleren Gangabweichung (Fig. 10b) handelt es sich ebenfalls um arithmetische Mittelwerte aus je 6 Lagen (siehe Amplitudenmessung).The amplitude values ( Figure 10a ) are measured (acoustically) using a Witschi M1 timing machine and checked visually. The values shown are arithmetic mean values from 6 positions each (dial above, below; crown above, right, below, left) The measurement interval was 30 seconds each, the stabilization time also 30s. At the mean rate deviation ( Figure 10b ) are also arithmetic mean values from 6 layers each (see amplitude measurement).

Gut zu erkennen ist der typische Amplitudenabfall innerhalb der ersten 7 Tage. Im Anschluss steigt die Amplitude dann wieder langsam an und erreicht nach ca. 40 Tagen Ihren Startwert. Dieses Verhalten erklärt sich auch dem Einlaufen der Bauteile. Die Definierte Kontaktfläche des Rades wird durch den Reibkontakt mit den Ankerpalletten poliert. Ist der Tragflächenanteil von mehr als 50% erreicht, findet kein weiterer Abtrag statt, und es kann sich auf den Kontaktflächen ein Tribofilm bilden. Die gestrichelte Linie zeigt, wann die Einlaufphase abgeschlossen ist.The typical drop in amplitude within the first 7 days can be clearly seen. The amplitude then slowly increases again and reaches its starting value after approx. 40 days. This behavior is also explained by the running-in of the components. The defined contact surface of the wheel is polished by the frictional contact with the armature pallets. If more than 50% of the wing area is reached, no further erosion takes place and a tribofilm can form on the contact surfaces. The dashed line shows when the running-in phase is completed.

In Figur 11 sind die experimentell ermittelten Amplituden und Gangwerte eines ETA Kalibers Typ 2892A2 bestückt mit der erfindungsgemäß diamantbeschichteten Hemmung ohne weiche sp2-haltige Abschlussschicht gem. EP 2 236 455 . Die Hemmung läuft schmierungsfrei.
Die Amplitudenwerte (Fig. 11a) werden wiederum mittels einer Zeitwaage Typ Witschi M1 (akustisch) gemessen und optisch kontrolliert. Bei den dargestellten Werten handelt es sich wiederum um arithmetische Mittelwerte aus je 6 Lagen (Ziffernblatt oben, unten; Krone oben, rechts, unten, links) Das Messintervall betrug jeweils 30 Sekunden, Die Stabilisierungszeit ebenfalls 30s. Bei der mittleren Gangabweichung (Fig. 11b) handelt es sich ebenfalls um arithmetische Mittelwerte aus je 6 Lagen (siehe Amplitudenmessung).
Gut zu erkennen ist, dass der typische Amplitudenabfall nun innerhalb der ersten 2 Tage stattfindet (konventionell etwa 7). Im Anschluss steigt die Amplitude dann sehr schnell wieder an und übertrifft bereits nach ca. 10 Tagen Ihren Startwert. Dieses Verhalten erklärt sich auch dem Einlaufen der Bauteile. Die definierte Kontaktfläche des Ankers wird durch den Reibkontakt mit den Ankerpalletten poliert. Ist der Tragflächenanteil von mehr als 50% erreicht, findet kein weiterer Abtrag statt, und es kann sich auf den Kontaktflächen ein Tribofilm bilden. Dadurch das die definierte Kontaktfläche den 20 fachen Verschleiß eines Kolbenzahnes erfährt, ist die Einlauffase entsprechend verkürzt. Ferner zeigt sich eine deutlich höherer Stabilität in der Ganggenauigkeit.In Figure 11 are the experimentally determined amplitudes and rate values of an ETA caliber type 2892A2 equipped with the inventive diamond-coated escapement without a soft sp2-containing top layer according to EP 2 236 455 . The escapement runs without lubrication.
The amplitude values ( Figure 11a ) are again measured (acoustically) using a Witschi M1 timing machine and checked visually. The values shown are again arithmetic mean values from 6 positions each (dial above, below; crown above, right, below, left) The measurement interval was 30 seconds each, the stabilization time also 30s. At the mean rate deviation ( Figure 11b ) are also arithmetic mean values from 6 layers each (see amplitude measurement).
It can be clearly seen that the typical drop in amplitude now takes place within the first 2 days (conventionally around 7). The amplitude then increases then it starts up again very quickly and already exceeds your starting value after approx. 10 days. This behavior is also explained by the running-in of the components. The defined contact surface of the anchor is polished by the frictional contact with the anchor pallets. If more than 50% of the wing area is reached, no further erosion takes place and a tribofilm can form on the contact surfaces. Because the defined contact surface experiences 20 times the wear of a piston tooth, the lead-in chamfer is correspondingly shortened. Furthermore, there is a significantly higher stability in the accuracy.

Die Figuren 12 bis 14 zeigen nun weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen, wie und in welcher Weise der Kolbenzahn 5 und die Palette 2 ausgebildet sein können, um die erfindungsgemäße geometrische Kontaktfläche A0 zu ermöglichen.The Figures 12 to 14 show further embodiments according to the invention how and in what way the piston tooth 5 and the pallet 2 can be designed in order to enable the geometric contact surface A 0 according to the invention.

In Figur 12a ist eine derartige Ausführungsform in der Draufsicht dargestellt und in Figur 12b der in Figur 12a gekennzeichnete Schnitt.In Figure 12a such an embodiment is shown in plan view and in Figure 12b the in Figure 12a marked cut.

Im Unterschied zur Ausführungsform nach der Figur 5 ist nun in der Ausführungsform nach Figur 12 die Palette 2 bezüglich seiner Flanke zweifach abgeschrägt, so dass dann wiederum eine definierte Kontaktstelle 30 beim Eingriff mit dem Zahn 5 entsteht.In contrast to the embodiment according to the Figure 5 is now in the embodiment according to Figure 12 the pallet 2 is bevelled twice with respect to its flank, so that a defined contact point 30 is then created when the tooth 5 engages.

In Figur 13 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt und zwar hier nun eine Ausführungsform, bei der die Palette 2 eine abgerundete Flanke besitzt. In Figur 13b ist wieder ausschnittsweise schematisch die Draufsicht einer derartigen Konfiguration gezeigt und in den Figuren 13a und 13b in jeweils vergrößerter Darstellung die Kontaktstelle 30. In Figur 14 ist nun noch eine weitere Ausführungsform gezeigt, wobei hier die Palette 2 eine Ausbildung besitzt, wie sie bereits in der Figur 12 beschrieben worden ist, jedoch ist hier nun der Kolbenzahn 5 gewinkelt ausgebildet. In der Figur 14 ist wiederum in A ausschnittsweise die Draufsicht auf die Konfiguration dargestellt und in den Figuren 14b und 14c jeweils vergrößerte Darstellungen, wobei auch hier wiederum die Kontaktstelle 30 ersichtlich ist, so dass sich dann auch hier wieder eine geometrische Kontaktfläche A0 bilden kann.In Figure 13 a further embodiment is shown, namely here now an embodiment in which the pallet 2 has a rounded flank. In Figure 13b the plan view of such a configuration is again shown schematically in detail and in FIG Figures 13a and 13b in each case enlarged view the contact point 30. In Figure 14 a further embodiment is now shown, the pallet 2 having a training here as it is already in the Figure 12 has been described, but here the piston tooth 5 is now angled. In the Figure 14 the top view of the configuration is again shown in section A in FIG Figures 14b and 14c enlarged representations in each case, the contact point 30 also being visible here, so that a geometric contact area A 0 can then also be formed here again.

Claims (11)

  1. Escapement for a mechanical time-measuring device comprising pivotable pallets (1) with pallet-stones (2, 2') and a pallet wheel (4), to which a torque can be applied and which has outwardly directed teeth (5, 5', 5") over its outer circumference, a sliding relative movement being produced during operation of the escapement, in which the front flanks (8) of the pallet-stones (2, 2') are in contact in succession and alternately with the front flanks of the teeth (5, 5', 5"),
    the front flanks (8) of the pallet-stones (2, 2') being configured such that, during operation of the escapement in the direction of the relative movement, during each contact of one of the front flanks (8) of the pallet-stones (2, 2') with one of the front flanks (12) of the teeth (5, 5', 5") of the wheel (4), the same contact face A0 of the front flank (8) of the pallet-stones (2, 2') is always engaged with the front flank (12) of the teeth (5, 5', 5") of the wheel (4), at least the flanks (8) of the pallet-stones (2, 2') and the front flank (12) of the teeth (5, 5', 5") having a hard material coating,
    characterised in that the hard material coating is selected from silicon oxide, in particular SiO2, or non-stoichiometric oxides with the formula SixOy, x and y being whole numbers, or from silicon carbides or silicon nitride or diamond, in particular nanocrystalline diamond, or diamond-like carbon (DLC) or ruby or sapphire.
  2. Escapement according to claim 1, characterised in that the front flanks (8) of the pallet-stones (2, 2') and the front flanks (12) of the teeth (5, 5', 5") have non-verticality and are disposed relative to each other such that a free angle α of at least 0.1° - 5°, preferably 0.1° - 3° and particularly preferably of 0.1° - 1°, is produced.
  3. Escapement according to claim 1 or 2, characterised in that, during operation of the escapement, in the direction of the relative movement, geometric contact faces A0 in the form of a band are formed in the front flanks (12) of the teeth (5, 5' 5"), which contact faces have a width of 0.5 to 20 µm, preferably 0.5 µm to 10 µm, particularly preferably of 0.5 to 5 µm.
  4. Escapement according to claim 3, characterised in that, in the geometric contact face A0, a polished or slightly polished real contact face AR is formed, the ratio AR/A0 being between 20 and 90%.
  5. Escapement according to one of the claims 1 to 4,
    characterised in that the front flanks (8) of the pallet-stones (2, 2') are configured in the shape of a roof with a central burr or cylindrically with an outwardly curved face, the geometric contact face A0 being formed by the central burr or by the outwardly curved face.
  6. Escapement according to one of the claims 1 to 5,
    characterised in that the front flanks (8) of the pallet-stones (2, 2') are configured as smooth flat faces which deviate by max. ± 2°, preferably 1°, particularly preferably less than 0.5°, from the vertical, relative to the upper side of the pallet-stones, the geometric contact face A0 being formed by the outwardly positioned edge.
  7. Escapement according to one of the claims 1 to 6,
    characterised in that the thickness of the pallet-stones (2, 2') is 50 to 180 µm and the thickness of the teeth (5, 5', 5") of the toothed wheel (4) is 100 to 250 µm, the thickness of the pallet-stones (2, 2') being less than the thickness of the teeth (5, 5', 5") of the toothed wheel (4), respectively relative to the vertical with respect to the upper side.
  8. Escapement according to at least one of the claims 1 to 7, characterised in that the hard material coating of the teeth (5, 5', 5") and of the pallet-stones (2, 2') has a layer thickness of 1 to 100 µm, preferably 5 to 50 µm.
  9. Escapement according to one of the preceding claims, characterised in that the nanocrystalline diamond layer has at least one of the following properties:
    a) the nanocrystalline diamond layer has a transverse rupture stress of 1 to 10 GPa, preferably of at least 2 GPa, preferably of at least 5 GPa and particularly preferably at least 7 GPa,
    b) the nanocrystalline diamond layer has a layer thickness in the contact region of 0.5 µm to 100 µm, preferably 2 - 50 µm and particularly preferably 2 - 10 µm, and
    c) the nanocrystalline diamond layer has a modulus of elasticity of 700 GPa to 1,143 GPa, preferably of 400 GPa to 900 GPa.
  10. Escapement according to at least one of the preceding claims, characterised in that at least the escape wheel was manufactured from a material which has a density of 0.5 g/cm3 to 4.5 g/cm3, particularly preferably of 1 to 4 g/cm3.
  11. Escapement according to at least one of the claims 1 to 10, characterised in that the pallet-stones (2, 2') and/or the pallets (1) and/or the wheel (4) are manufactured from silicon and are provided with the hard material layer.
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