EP3051364B1 - Système de transmission mécanique par adhérence pour rouage horloger. - Google Patents

Système de transmission mécanique par adhérence pour rouage horloger. Download PDF

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EP3051364B1
EP3051364B1 EP15153054.0A EP15153054A EP3051364B1 EP 3051364 B1 EP3051364 B1 EP 3051364B1 EP 15153054 A EP15153054 A EP 15153054A EP 3051364 B1 EP3051364 B1 EP 3051364B1
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wheel
mechanical transmission
wheels
hub
friction
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Gabriel Chevallier
Frédéric Georges
Xavier LANDREAU
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Cartier International AG
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Cartier International AG
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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
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical transmission system by adhesion for a clockwork train.
  • the present invention aims to remedy this problem and proposes for this purpose a mechanical transmission system for a watchwheel comprising a first wheel without teeth and a second wheel without teeth in contact with each other so that the one can drive the other by adhesion, characterized in that the first wheel comprises a hub, a peripheral portion in contact with the second wheel and elastic arms connecting the hub to the part peripheral, the resilient arms being arranged to press the peripheral portion against the second wheel.
  • the resilient arms are regularly distributed around the hub.
  • the resilient arms are v-shaped.
  • the coefficient of friction of the pair of materials in which the first and second wheels are made is at least 0.5, preferably at least 0.7.
  • the materials of the first and second wheels may be the same or different.
  • the first wheel and / or the second wheel are for example made of steel, nickel, nickel-phosphorus, titanium or titanium alloy, aluminum or aluminum alloy, silver or silver alloy, of a material epoxy-based composite or polymer.
  • the present invention further provides a watchwheel comprising a mechanical transmission system as defined above, and a watch movement comprising such a watchwheel.
  • a mechanical transmission system by adhesion comprises two coplanar wheels 1 and 2 in contact with each other.
  • the wheels 1, 2 are friction wheels having no teeth.
  • the first wheel 1 is also a game-catching wheel, as explained below.
  • the first wheel 1 is a large wheel and the second wheel 2 is a small wheel or pinion, but it could be otherwise. Any one of the two wheels 1, 2 can drive the other wheel by adhesion.
  • the first wheel 1 is recessed to define a hub 3, elastic arms 4 and a ring-shaped peripheral portion 5, each elastic arm 4 connecting the hub 3 to the peripheral portion 5.
  • the hub 3 serves to mount the first wheel 1 on a shaft and has for this purpose a hole 6 which can be traversed by the shaft.
  • the hub 3 can also be in one piece with the shaft.
  • the resilient arms 4 are regularly angularly distributed around the hub 3 and have a V shape.
  • the peripheral portion 5 is in contact with the peripheral portion of the second wheel 2.
  • the elastic arms 4 allow a slight displacement of the peripheral portion 5 relative to the hub 3 under the effect of radial forces.
  • the distance d between the axes of the wheels 1, 2 is thus chosen so that the elastic arms 4 are constrained by the contact between the wheels 1, 2 and press the peripheral portion 5 against the second wheel 2. In this way, the losses of adhesion due to variations in the center distance d caused by manufacturing tolerances or surface defects of the wheels 1, 2 are avoided.
  • the first wheel 1 comprises elastic arms 4, the second wheel 2 being full.
  • the second wheel 2 could have a structure similar to that of the first wheel 1.
  • the number, the geometry and the dimensions of the arms 4 defined at the design of the system make it possible to modulate the pressure force between the two wheels 1, 2 to guarantee (i) the contact between the wheels, (ii) a transmission of mechanical forces between these wheels, (iii) an acceptable yield and (iv) contact pressures lower than the strength limits of the materials constituting the wheels.
  • the figure 3 shows wheels 1 ', 2' with in particular another geometry for the arms 4 'and the hub 3'.
  • the v-shaped arms 4 or 4 ' allows them to have a great length while preserving the aesthetic appearance of the wheel 1, 1'.
  • other forms are possible for these arms.
  • the pressure force can be modulated by playing on the length and thickness of the arms.
  • the pressure force is a function of the torque to be transmitted. The higher the torque to be transmitted, the more the arms will have to be rigid.
  • the material (s) selected for making the wheels 1, 2 has (have) a high coefficient of friction, to improve the efficiency of the transmission, as well as a high yield strength and hardness, for good resistance to wear.
  • the coefficient of friction of the material pair forming the wheels 1, 2 is preferably at least 0.5 and more preferably at least 0.7.
  • the coefficient of friction can also be increased by surface micro-structuring.
  • the material chosen for the first wheel 1 also has a low deformation hysteresis, to allow rapid return of the arms 4 to their original shape, without permanent deformation.
  • Suitable materials for the wheels 1, 2 are steel, nickel, nickel-phosphorus, titanium and its alloys, aluminum and its alloys, silver and its alloys, various epoxy-based composite materials and polymers, but other materials may also be suitable.
  • each wheel 1, 2, in particular the first wheel 1 can be manufactured in one piece by spark erosion, laser machining, molding, metal injection molding (MIM) or the LIGA technique, for example.
  • the size of a traditional toothed gear can not be less than a certain limit because it is difficult to machine small teeth. Since the second wheel 2, like the first wheel 1, has no teeth, it can have a very small size to obtain a very large torque reduction ratio, for example much greater than 10, between the wheels 1, 2.
  • the mechanical transmission system by adhesion 1, 2 can be used in the finishing gear of a watch movement.
  • the Figures 4 and 5 show by way of illustration a mobile that can be part of the finishing train and comprising, around a shaft 7, a friction wheel to play catch 8 of the type of the wheel 1 and a friction wheel 9 smaller (pinion ) and full.
  • the friction wheel 8 cooperates by adhesion with a wheel of the type of the wheel 2, while the friction wheel 9 cooperates by adhesion with a wheel of the type of the wheel 1.
  • the system 1, 2 is placed as close the barrel as possible, for example by constituting the transmission system between the barrel wheel and the mobile of medium.
  • One and the same wheel may comprise several systems of the type of the system 1, 2.
  • figure 6 shows another mobile can be part of the work train and comprising, around a shaft 10, a friction wheel 11 and a gear wheel 12. Between the cylinder and the friction wheel 11, the transmissions are only by adhesion.
  • the toothed wheel 12 it cooperates with a toothed mobile side of the exhaust or directly with the mobile escape.
  • the elastic arms 4 can be drawn to have greater rigidity where the torque is the largest, that is to say say near the barrel.

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Description

  • La présente invention concerne un système de transmission mécanique par adhérence pour un rouage horloger.
  • Dans un mouvement horloger mécanique, l'énergie libérée par le barillet est transmise à l'échappement par un rouage appelé « rouage de finissage », qui démultiplie la vitesse de rotation et diminue le couple. Traditionnellement, un tel rouage est constitué d'engrenages formés par des mobiles dentés. Ces transmissions par engrenages génèrent des perturbations, lors du contact entre les dents, sur le couple produit par le barillet et contribuent donc à faire varier le couple fourni à l'échappement. Or les performances chronométriques d'un mouvement dépendent en grande partie de la constance du couple fourni à l'échappement.
  • Il est connu de transmettre de l'énergie mécanique par adhérence ou friction entre deux roues non dentées. En supprimant les dents, une telle approche permet de lisser le couple transmis. Toutefois, l'entraxe entre les roues doit être extrêmement précis pour empêcher une perte d'adhérence et le glissement relatif des roues. Il est possible d'obvier à cet inconvénient en montant l'une des roues sur une bascule soumise à l'action d'un ressort qui maintient une pression de contact entre les deux roues, comme décrit dans le brevet US 230.596 . Mais cette solution complique grandement le mécanisme et est difficilement applicable à un rouage de finissage.
  • La présente invention vise à remédier à ce problème et propose à cette fin un système de transmission mécanique pour un rouage horloger comprenant une première roue sans dents et une deuxième roue sans dents en contact l'une avec l'autre de telle sorte que l'une puisse entraîner l'autre par adhérence, caractérisé en ce que la première roue comprend un moyeu, une partie périphérique en contact avec la deuxième roue et des bras élastiques reliant le moyeu à la partie périphérique, les bras élastiques étant agencés pour presser la partie périphérique contre la deuxième roue.
  • De préférence, les bras élastiques sont régulièrement répartis autour du moyeu.
  • De préférence également, les bras élastiques sont en forme de v.
  • Avantageusement, le coefficient de frottement du couple de matériaux dans lesquels sont réalisées la première et la deuxième roue est d'au moins 0,5, de préférence d'au moins 0,7. Les matériaux de la première et de la deuxième roue peuvent être identiques ou différents.
  • La première roue et/ou la deuxième roue sont par exemple réalisées en acier, en nickel, en nickel-phosphore, en titane ou alliage de titane, en aluminium ou alliage d'aluminium, en argent ou alliage d'argent, en un matériau composite à base epoxy ou en polymère.
  • La présente invention propose en outre un rouage horloger comprenant un système de transmission mécanique tel que défini ci-dessus, ainsi qu'un mouvement horloger comprenant un tel rouage horloger.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue de dessus d'un système de transmission mécanique par adhérence selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en perspective d'une roue de friction à rattrapage de jeu du système de transmission mécanique par adhérence illustré à la figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue de dessus d'un système de transmission mécanique par adhérence selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
    • les figures 4 et 5 sont respectivement des vues en perspective et de côté d'un mobile comprenant deux roues de friction, dont une roue de friction à rattrapage de jeu ;
    • la figure 6 est une vue en perspective d'un mobile comprenant une roue de friction et une roue dentée ; et
    • la figure 7 est un diagramme montrant deux graphes de l'amplitude de fonctionnement d'un mouvement horloger mécanique traditionnel et d'un mouvement utilisant le système selon l'invention.
  • En référence à la figure 1, un système de transmission mécanique par adhérence selon un mode de réalisation particulier de l'invention comprend deux roues coplanaires 1 et 2 en contact l'une avec l'autre. Les roues 1, 2 sont des roues de friction ne comportant pas de dents. La première roue 1 est en outre une roue à rattrapage de jeu, comme cela est expliqué ci-dessous. Dans l'exemple représenté, la première roue 1 est une grande roue et la deuxième roue 2 est une petite roue ou pignon, mais il pourrait en être autrement. L'une quelconque des deux roues 1, 2 peut entraîner l'autre roue par adhérence.
  • Comme cela est visible sur les figures 1 et 2, la première roue 1 est évidée pour définir un moyeu 3, des bras élastiques 4 et une partie périphérique 5 en forme d'anneau, chaque bras élastique 4 reliant le moyeu 3 à la partie périphérique 5. Le moyeu 3 sert à monter la première roue 1 sur un arbre et présente à cet effet un trou 6 qui peut être traversé par l'arbre. Le moyeu 3 peut aussi être en une pièce avec l'arbre. De préférence, les bras élastiques 4 sont angulairement régulièrement répartis autour du moyeu 3 et ont une forme en v. La partie périphérique 5 est en contact avec la partie périphérique de la deuxième roue 2. Les bras élastiques 4 autorisent un léger déplacement de la partie périphérique 5 par rapport au moyeu 3 sous l'effet de forces radiales. La distance d entre les axes des roues 1, 2 est ainsi choisie pour que les bras élastiques 4 soient contraints par le contact entre les roues 1, 2 et pressent la partie périphérique 5 contre la deuxième roue 2. De la sorte, les pertes d'adhérence dues aux variations de l'entraxe d causées par les tolérances de fabrication ou aux défauts de surface des roues 1, 2 sont évitées.
  • Dans l'exemple représenté, seule la première roue 1 comporte des bras élastiques 4, la deuxième roue 2 étant pleine. Dans une variante, la deuxième roue 2 pourrait avoir une structure similaire à celle de la première roue 1.
  • Le nombre, la géométrie et les dimensions des bras 4 définis à la conception du système permettent de moduler l'effort de pression entre les deux roues 1, 2 pour garantir (i) le contact entre les roues, (ii) une transmission d'efforts mécanique entre ces roues, (iii) un rendement acceptable et (iv) des pressions de contact inférieures aux limites de résistance des matériaux constituant les roues. La figure 3 montre des roues 1', 2' avec notamment une autre géométrie pour les bras 4' et pour le moyeu 3'. La forme en v des bras 4 ou 4' permet à ces derniers d'avoir une grande longueur tout en préservant l'aspect esthétique de la roue 1, 1'. Cependant, d'autres formes sont possibles pour ces bras. La force de pression peut être modulée en jouant notamment sur la longueur et l'épaisseur des bras. La force de pression est fonction du couple à transmettre. Plus le couple à transmettre est élevé, plus les bras devront être rigides.
  • Le(s) matériau(x) choisi(s) pour fabriquer les roues 1, 2 a(ont) un coefficient de frottement élevé, pour améliorer le rendement de la transmission, ainsi qu'une limite élastique et une dureté élevées, pour une bonne tenue à l'usure. Le coefficient de frottement du couple de matériaux formant les roues 1, 2 est de préférence d'au moins 0,5 et de préférence encore d'au moins 0,7. Le coefficient de frottement peut aussi être augmenté par une micro-structuration de surface. Le matériau choisi pour la première roue 1 a en outre une faible hystérésis de déformation, pour permettre un retour rapide des bras 4 à leur forme initiale, sans déformation permanente. Des matériaux appropriés pour les roues 1, 2 sont l'acier, le nickel, le nickel-phosphore, le titane et ses alliages, l'aluminium et ses alliages, l'argent et ses alliages, différents matériaux composites à base époxy et des polymères, mais d'autres matériaux peuvent aussi convenir. Selon le matériau choisi, chaque roue 1, 2, en particulier la première roue 1, peut être fabriquée d'un seul tenant par électroérosion, usinage laser, moulage, moulage par injection de métal (MIM) ou par la technique LIGA, par exemple.
  • On sait que la taille d'un pignon denté traditionnel ne peut être inférieure à une certaine limite car il est difficile d'usiner des dents de petites dimensions. Etant donné que la deuxième roue 2, comme la première roue 1, n'a pas de dents, elle peut avoir une très petite taille pour l'obtention d'un rapport de réduction de couple très grand, par exemple très supérieur à 10, entre les roues 1, 2.
  • Le système de transmission mécanique par adhérence 1, 2 peut être utilisé dans le rouage de finissage d'un mouvement horloger. Les figures 4 et 5 montrent à titre d'illustration un mobile pouvant faire partie du rouage de finissage et comprenant, autour d'un arbre 7, une roue de friction à rattrapage de jeu 8 du type de la roue 1 et une roue de friction 9 plus petite (pignon) et pleine. La roue de friction 8 coopère par adhérence avec une roue du type de la roue 2, tandis que la roue de friction 9 coopère par adhérence avec une roue du type de la roue 1. De préférence, le système 1, 2 est placé aussi près du barillet que possible, en constituant par exemple le système de transmission entre la roue de barillet et le mobile de grande moyenne. Un même rouage peut comprendre plusieurs systèmes du type du système 1, 2. La figure 6 montre un autre mobile pouvant faire partie du rouage de finissage et comprenant, autour d'un arbre 10, une roue de friction 11 et une roue dentée 12. Entre le barillet et la roue de friction 11, les transmissions se font uniquement par adhérence. La roue dentée 12, elle, coopère avec un mobile denté du côté de l'échappement ou directement avec le mobile d'échappement. Lorsque plusieurs roues de friction à rattrapage de jeu du type de la roue 1 sont utilisées dans un rouage de finissage, les bras élastiques 4 peuvent être dessinés pour avoir une plus grande rigidité là où le couple est le plus grand, c'est-à-dire près du barillet.
  • Dans le diagramme de la figure 7, on peut voir que l'amplitude de fonctionnement (amplitude du balancier) d'un mouvement mécanique standard, représentée par le graphe G1, présente de nombreux sauts dus au contact entre les dents du rouage de finissage. L'utilisation du système 1, 2 selon l'invention pour la transmission de couple entre chaque mobile du rouage de finissage ne génère pas de perturbations dues au passage des dents et apporte une stabilité de l'amplitude, comme le montre le graphe G2.

Claims (8)

  1. Système de transmission mécanique pour un rouage horloger comprenant une première roue sans dents (1) et une deuxième roue sans dents (2) en contact l'une avec l'autre de telle sorte que l'une puisse entraîner l'autre par adhérence, caractérisé en ce que la première roue (1) comprend un moyeu (3), une partie périphérique (5) en contact avec la deuxième roue (2) et des bras élastiques (4) reliant le moyeu (3) à la partie périphérique (5), les bras élastiques (4) étant agencés pour presser la partie périphérique (5) contre la deuxième roue (2).
  2. Système de transmission mécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bras élastiques (4) sont régulièrement répartis autour du moyeu (3).
  3. Système de transmission mécanique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les bras élastiques (4) sont en forme de v.
  4. Système de transmission mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le coefficient de frottement du couple de matériaux dans lesquels sont réalisées la première roue (1) et la deuxième roue (2) est d'au moins 0,5.
  5. Système de transmission mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le coefficient de frottement du couple de matériaux dans lesquels sont réalisées la première roue (1) et la deuxième roue (2) est d'au moins 0,7.
  6. Système de transmission mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première roue (1) et/ou la deuxième roue (2) sont réalisées en acier, en nickel, en nickel-phosphore, en titane ou alliage de titane, en aluminium ou alliage d'aluminium, en argent ou alliage d'argent, en un matériau composite à base epoxy ou en polymère.
  7. Rouage horloger comprenant un système de transmission mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
  8. Mouvement horloger comprenant un rouage horloger selon la revendication 7.
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