FR3107603A1 - « Tourbillon à deux oscillateurs dans une cage » - Google Patents

Abstract

TITRE : « Tourbillon à deux oscillateurs dans une cage » Tourbillon horloger comprenant : une cage (CC) d’axe (ZC), divisée en deux demi-cages par un plan médian (RC) perpendiculaire à l’axe de rotation (ZC), avec un système de régulation comprenant un oscillateur (OSa,b), son ancre et son mobile d’échappement (MEa,b) logés dans chaque demi-cage. Les deux systèmes de régulation sont composés d’éléments identiques, organisés de façon inverse dans chaque demi-cage (1a, 1b) de façon que, dans le plan médian, le sens de rotation des deux mobiles d’échappement (MEa,b) soient identiques. Une roue fixe compensée (RFa,b) est reliée à un mobile d’échappement (MEa,b) respectif. Un différentiel (D) comprenant deux sorties (Sa,b) reliées chacune à une roue fixe compensé (RFa,b) crée une compensation de position. Une liaison d’entraînement (EC) relie le mécanisme d’horlogerie (MH) à la cage (CC) pour son entraînement en rotation autour de son axe (ZC). Figure 1

Description

«Tourbillon à deux oscillateurs dans une cage»

DOMAINE DE L’INVENTION

La présente invention se rapporte à un tourbillon d’horloger à de deux oscillateurs dans une cage.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Inventé en 1810 par Abraham-Louis Breguet, le tourbillon est un mécanisme dans lequel l’échappement et le régulateur à balancier-spiral sont mis en rotation à l’intérieur d’une cage. Initialement, la vocation de ce mécanisme est de brasser les positions au pendu de façon à faire une moyenne de tous les défauts d’équilibrage statiques et dynamiques, ce qui a du sens dans le cas d’une montre de poche. En pratique, les résultats sur la chronométrie pour une montre bracelet sont discutables et ne compensent pas le surcroît de difficulté que l’exécution d’un tel dispositif horloger engendre. Malgré cela, le tourbillon horloger reste un témoignage du savoir-faire horloger, et est visuellement fascinant.

Le principe du tourbillon repose sur le fait de rentrer l’échappement à l’intérieur de la roue de seconde. Une roue fixe permet l’appui de la roue d’échappement. L’échappement, en laissant tourner à chaque impulsion la roue de seconde, laisse en réalité tourner la cage, et tous les composants qu’elle contient. L’inertie de la cage est un facteur important: si la cage est trop lourde, son accélération sera moindre, et le choc imprimé à la roue d’échappement lors de l’arrêt sera plus fort.

A chaque impulsion, le balancier reçoit un peu d’énergie de la part de l’échappement, ce qui le propulse tantôt dans le sens horaire, tantôt dans le sens antihoraire. En revanche, la cage dont la rotation est libérée à chaque impulsion, n’accomplit son angle de libération que dans un seul sens (horaire ou antihoraire).

Le balancier spiral utilisé comme régulateur est attaché à la cage par un piton qui solidarise sa courbe terminale avec la cage.

Par conséquent, lors d’une impulsion sur deux, la cage et le balancier ont un mouvement dans le même sens, et le balancier reçoit une impulsion de la part de l’ancre, et une impulsion dans le même sens de la part de la cage via la courbe terminale de son spiral. Lors de l’autre moitié des impulsions, le balancier reçoit une impulsion de la part de l’ancre, et une impulsion dans le sens opposé via la courbe terminale de son spiral puisque le mouvement de la cage et du balancier sont opposés.

Ainsi, avec une configuration de tourbillon conventionnelle, la moitié des impulsions donnera une amplitude plus élevée que la moyenne, et l’autre donnera une amplitude réduite. Le fonctionnement de l’oscillateur sera donc asymétrique par rapport au point d’équilibre.

Si l’influence de la cage sur le balancier, bien que problématique, est compensable par le réglage des différents composants du balancier, l’influence du mouvement de balancier sur la dynamique de la cage est irrémédiable.

Quand l’échappement donne une impulsion dans le sens du mouvement du balancier, la réaction de la cage est un mouvement dans le sens inverse, ce qui freine le mouvement de rotation de la cage et minimise le choc d’arrêt.

Quand l’échappement donne une impulsion dans le sens opposé au sens de rotation du balancier, la réaction de la cage est un mouvement dans le sens de la rotation de la cage, ce qui accélère le mouvement de rotation de la cage et provoque un choc excessif à l’arrêt.

Du point de vue de l’échappement, l’asymétrie entre les deux alternances décrites par le balancier peut également poser problème, dès lors que le balancier parcourt son angle libre.

Après que le balancier a subi son impulsion, lors d’une alternance dans le sens de rotation de la cage, la courbe terminale du spiral exerce sur la cage un effort de pression. Cet effort de pression se répercute sur l’échappement via sa pression sur la roue fixe, ce qui n’est pas problématique et sécurise davantage le tirage.

Le tirage est une fonction de sécurité de l’échappement qui, par l’angle des palettes d’ancre et leur contact avec les dents de la roue d’échappement permet un rappel de la fourchette d’ancre loin du balancier en cas de choc. Cette fonction de sécurité minimise la durée du contact perturbant entre le petit plateau et le dard de l’ancre en forçant la baguette d’ancre contre ses goupilles de limitation.

Lors d’une alternance dans le sens opposé au sens de rotation de la cage, après que le balancier a subi son impulsion, sa courbe terminale exerce un effort de traction sur la cage. Cet effort de traction s’oppose à la pression appliquée sur la cage par le train de rouage, et a tendance à faire reculer la cage. Par conséquent la pression des ailes du pignon d’échappement sur les dents de la roue fixe diminue, ce qui à son tour diminue la pression des dents de la roue d’échappement sur la palette d’ancre. Il en résulte que la force du tirage diminue.

Ainsi, dans une cage de tourbillon conventionnelle portant un régulateur à balancier-spiral et un échappement à ancre, il existe des perturbations de la cage vers le balancier et des perturbations du balancier vers la cage, en raison de l’inertie du balancier. Il existe par ailleurs des risques de perturbations forts une alternance sur deux en raison de la chute de la force du tirage, alors que le spiral se trouve autour de son maximum de déformation.

A l’heure actuelle, l’exécution la plus proche permettant de corriger ces problèmes inhérents à la cage de tourbillon est celle du tourbillon à résonance H2 de Beat Haldimann.

BUT DE L’INVENTION

L’invention a pour but de développer un dispositif de tourbillon horloger dans la configuration géométrique du système de régulation permet de minimiser les perturbations de la cage du tourbillon.

EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION

A cet effet, la présente invention a pour objet un tourbillon horloger comprenant:

A) une cage montée à rotation autour d’un axe et divisée en deux demi-cages par un plan médian perpendiculaire à l’axe de rotation,

- un tourbillon double formé chacun d’un système de régulation comprenant un oscillateur, son ancre et son mobile d’échappement, logés dans chaque demi-cage,

- les deux systèmes de régulation étant composés d’éléments identiques mais organisés de façon inverse et installés dans chaque demi-cage en position symétrique par rapport au plan médian de façon à que ce, dans le plan médian, les sens de rotation des deux mobiles d’échappement soit identiques

- chaque système de régulation ayant une roue fixe compensée reliée à son mobile d’échappement

B) un différentiel comprenant

- deux sorties reliées chacune à une roue fixe compensée créant une compensation de position

- une entrée reliée au mécanisme d’horlogerie

C) une liaison d’entraînement reliant le mécanisme d’horlogerie à la cage pour l’entraînement en rotation autour de son axe. Ainsi le tourbillon horloger est composé de deux balanciers à l’intérieur d’une cage rotative en deux parties.

Suivant une autre caractéristique les axes des oscillateurs sont confondus selon un axe principal qui est l’axe de la cage

- les oscillateurs, et leurs éléments constitutifs sont identiques ou identiques à une symétrie planaire près

- les échappements des deux oscillateurs sont identiques ou identiques à une symétrie planaire près.

Cette configuration selon l’invention a deux avantages distincts:

Quand les deux balanciers sont en fonctionnement, ils oscillent tous deux en rythme, en sens inverse. De cette manière, la somme de l’inertie de rotation des deux balanciers autour de leur axe est nulle à tout moment. La résultante des forces appliquées par les balanciers sur la cage est par conséquent nulle.

Si les deux balanciers sont couplés pour leur synchronisation, la perturbation engendrée par la cage sur les balanciers est répartie. Chaque oscillateur dans le système à deux balanciers est moins perturbé que s’il était seul dans la cage.

Suivant une autre caractéristique avantageuse les balanciers et spiraux sont identiques de manière à garantir une inertie la plus proche possible.

Suivant une autre caractéristique avantageuse les deux spiraux sont situés entre les balanciers, pour minimiser l’espace entre lesdits spiraux et augmenter la compacité du système.

Suivant une autre caractéristique avantageuse les deux spiraux sont identiques dans le sens d’enroulement pour permettre le développement synchronisé des spiraux durant leur fonctionnement.

Suivant une autre caractéristique avantageuse les deux assortiments d’échappements sont identiques à une symétrie planaire près, de façon à faciliter l’équilibrage de la cage double selon son axe principal.

Suivant une autre caractéristique les deux oscillateurs comportent un spiral plan ou un spiral Breguet.

Suivant une autre caractéristique les échappements sont de n’importe quel type (ancre suisse, détente, etc.) du moment qu’ils sont identiques pour les deux oscillateurs.

En d’autres termes les deux oscillateurs sont montés tête-bêche, un oscillateur étant au dessus et l’autre oscillateur en dessous du plan médian.

- le plan d’un échappement est au dessus du plan du balancier associé, et le plan de l’autre échappement est en dessous du plan du balancier associé et

- les deux spiraux sont contenus dans l’espace délimité par les serges des balanciers.

Comme déjà indiqué les mobiles d’échappement sont disposés selon une symétrie axiale autour de l’axe principal de la cage

- les axes de pivotement des mobiles d’échappement sont parallèles à l’axe principal de la cage et sont disposés en opposition diamétrale par rapport à cet axe principal, de même que les axes des ancres.

Suivant une autre caractéristique la cage est formée d’une roue de cage constituant le plan médian avec de part et d’autre les demi-cages composées chacune de platines et de ponts,

- le mobile d’échappement sortant chacun de sa demi-cage respective pour engrèner avec la roue fixe compensée alignée sur l’axe de cage, et

- la roue de cage a une couronne dentée pour l’entraînement de la cage directement à partir du mécanisme d’horlogerie.

Suivant une autre caractéristique le différentiel est un différentiel à rouages plats comprenant:

- un châssis d’axe de rotation

- deux roues de sortie sur l’axe et reliées par au moins une paire de satellites installés tête-bêche,

chaque satellite ayant deux pignons porté par un même axe,

- les deux satellites engrenant entre eux par deux pignons homologues et

par l’autre pignon, l’un et l’autre satellite engrène avec un mobile de sortie.

Suivant une autre caractéristique l’axe du tourbillon double et l’axe du différentiel sont parallèles.

Le châssis du différentiel comprend une base portant deux pivots alignés dont l’un des pivots est muni du pignon d’entrée, la base portant deux plaques munies de paliers entre lesquels sont installés les satellites.

Suivant une autre caractéristique chaque satellite se compose d’un pignon long et d’un pignon court, les satellites de chaque paire étant combinés en position tête bêche et avec des axes parallèles pour constituer une paire,

les paires des satellites étant disposées en symétrie axiale de 180° par rapport à l’axe de rotation du différentiel,

le pignon long d’un satellite est taillé de façon à engrèner à la fois avec le pignon tubulaire du mobile de sortie et avec le pignon court de l’autre satellite de cette paire de satellites,

le pignon long de chaque paire de satellites, engrènant sur une partie de sa longueur avec le pignon tubulaire du mobile de sortie et sur l’autre partie de sa longueur avec le pignon court de la même paire de sorte que le pignon de sortie tubulaire et le pignon court soient décalés et n’engrènent pas.

En d’autres termes le pignon satellite comprend

- un pignon long taillé de façon à pouvoir engréner avec le pignon du mobile de sortie et le deuxième pignon satellite,

- un pignon court qui n’engrène qu’avec le deuxième pignon satellite et ce sans engréner avec le pignon du mobile de sortie opposé,

- une portion d’axe dégagée pour laisser passer la denture de la roue de cage et minimiser l’encombrement du système différentiel-cage de tourbillon.

Les pignons satellites fonctionnent par couple et un seul couple suffirait à créer l’effet de différentiel mais selon l’invention on a de préférence deux couples de satellites, diamétralement opposés, pour maintenir le vecteur de la somme des pressions d’engrenage sur l’axe du différentiel. Cela protège les pivots d’usure prématurée et ne crée pas de sens d’engrènement privilégié.

Suivant une autre caractéristique particulièrement avantageuse la base du châssis du différentiel possède des échancrures sur son équateur de façon à laisser passer la denture de la roue de cage et réduire l’encombrement sur le plan équatorial, tous les satellites du différentiel étant échancrés et leurs axes dégagées pour minimiser la distance entre l’axe du tourbillon et celui du différentiel.

En d’autres termes, pour permettre le rapprochement de l’axe du différentiel et de l’axe de la cage de tourbillon, le différentiel possède une forme de sablier ou de diabolo et à son équateur, les dentures des satellites du différentiel sont dégagées.

Ainsi le tourbillon horloger selon l’invention constitue une réalisation particulièrement compacte qui permet d’améliorer considérablement la régulation du mécanisme.

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillées à l’aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels:

schéma général d’un tourbillon d’horloger à deux oscillateurs selon l’invention

vue en perspective isométrique d’un mode de réalisation d’un dispositif à deux oscillateurs dans une cage de tourbillon et d’un différentiel entraînant deux roues de compensation.

vue en perspective isométrique de l’ossature de la partie supérieure du tourbillon double

vue en perspective d’un oscillateur du tourbillon et de son échappement

vue de dessus des éléments des deux systèmes de régulation montrant la répartition symétrique des éléments selon l’axe de la cage.

vue en perspective isométrique du tourbillon de la figure 2, mettant en évidence les éléments des échappements de la cage.

vue en perspective du tourbillon double selon l’invention

vue de côté montrant la structure de la cage, en particulier la disposition des spiraux

vue en coupe des éléments fonctionnels de la cage

vue en perspective isométrique du différentiel et de la roue d’entraînement engrènant avec le pignon d’entrée du différentiel

vue en perspective isométrique du différentiel avec son châssis

vue schématique simplifiée du différentiel sans le châssis

vue de côté du différentiel sans le châssis

La figure 1 est un schéma général du tourbillon horloger selon l’invention composé d’un tourbillon double TD relié au mécanisme d’horlogerie MH par un différentiel D dont l’entrée ED est reliée au mécanisme d’horlogerie MH et dont les deux sorties Sa, Sb sont reliées aux deux sorties du tourbillon double TD dont la cage CC est entraînée en rotation par le mécanisme d’horlogerie MH.

Selon la tradition horlogère le fonctionnement du mécanisme est décrit dans le sens de l’écoulement de la puissance en partant de l’entraînement vers la régulation de sorte que la description de la liaison par le différentiel D est l’inverse de certaines terminologies pour les notions d’entrée et de sortie.

La vitesse du mécanisme d’horlogerie MH est imposée par le système de régulation constitué par le tourbillon double TD et ses deux oscillateurs combinés. Les deux oscillateurs ont une fréquence différente bien que proche, ce qui implique qu’il faille compenser cette différence pour éviter l’arrêt du mécanisme. La vitesse ω imposée par le tourbillon double TD est la moyenne de la vitesse

ω1 = (ω + δω) et ω2 = (ω – δω) des deux oscillateurs OSa,b puisque le châssis CH du différentiel est ainsi poussé à tourner à la vitesse moyenne = ω.

Le tourbillon horloger T selon l’invention se compose, du tourbillon double TD composé d’une cage CC tournant autour de l’axe ZG en étant entraînée à partir du mécanisme d’horlogerie MH par un rouage engrenant avec l’entrée EC de la cage CC.

La roue de cage RC forme le plan médian de la cage CC. De part et d’autre de ce plan est logé un oscillateur OSa, OSb respectif. Ces oscillateurs ont, par construction et par réglage, une fréquence la plus proche possible, qui ne saurait être en pratique totalement identique.

Ce léger décalage de fréquence autour de la fréquence moyenne est pris en compte par le différentiel. On appellera ω1 = ω + δω la vitesse d’un des oscillateurs et

ω2 = ω – δω la vitesse de l’autre.

Cette différence de fréquence se traduit par un décalage dans la vitesse des roues de compensation et donc des vitesses des sorties du différentiel.

La vitesse moyenne de ces deux vitesses est nécessairement la vitesse ω imposée par le système de régulation au mécanisme d’horlogerie MH.

Chaque oscillateur OSa, OSb est relié en sortie à un mobile d’échappement MEa,b porté par la cage CC, et engrénant avec une roue appelée ici roue fixe compensée Rfa, RFb, elle-même reliée à l’une des deux entrées du différentiel D par un entraînement de roue fixe ERFa, ERFb respectif.

L’engrènement entre le mobile d’échappement MEa,b et la roue fixe compensée RFa,b qui est elle-même un mobile, n’est pas détaillé car cette structure apparait clairement dans la figure 1.

Pour simplifier la réalisation, les mobiles d’échappement MEa, MEb ne traversent pas la cage CC selon son axe de rotation ZC mais ces mobiles sont portés de façon décalée par les côtés de la cage CC. Les roues fixes compensées RFa, RFb étant co-axiales à l’axe ZC de la cage CC; ce déport ne modifie pas le mouvement transmis par les mobiles d’échappement MEa, MEb à la roue fixe compensée RFa, RFb respective.

Le différentiel D se compose d’un châssis CH entraîné en rotation autour de son axe ZD et portant co-axialement à l’axe ZD, les mobiles de sortie Sa, Sb dont chaque axe porte un pignon de sortie respectif Pa, Pb. Les deux pignons de sortie Pa, Pb sont reliés par deux «satellites» STa, STb portés par le châssis CH. Les satellites inversent le mouvement de rotation des deux pignons Pa, Pb selon le fonctionnement traditionnel d’un différentiel.

Dans le cas du schéma de la figure 1 le différentiel D est un différentiel à rouages plats et non coniques de sorte que le satellite est constitué par une paire de satellites STa, STb à rouages plats et qui réalisent cette inversion de mouvement.

Chaque satellite STa, STb est formé de deux pignons (ST1a long, ST2a court) et (ST1b long, ST2b court) solidaires chacun d’un axe commun ASa, ASb porté par le châssis CH:

- les pignons ST1a, ST1b engrènent respectivement avec l’un des pignons Pa, Pb.

- les pignons ST2a, ST2b engrènent entre eux.

Le nombre de dents des pignons ST1a…ST2b étant le même, la combinaison des deux satellites STa et STb inverse le mouvement transmis d’un satellite à l’autre de sorte que le mouvement des deux pignons Pa, Pb est bien inversé comme l’impose le fonctionnement d’un différentiel lorsque le châssis tourne à la vitesse ω et les pignons à la différence de vitesse ± δω.

Les sorties Sa, Sb reçoivent les mouvements ω1, ω2 des deux oscillateurs par les pignons Pa, Pb; comme la paire de satellites est solidaire du châssis CH d’axe de rotation ZD, le châssis est entraîné en rotation autour de l’axe ZD selon la vitesse de rotation moyenne ω = , les différences -δω et +δω se compensant par la rotation relative, en sens opposé, des pignons Pa, Pb.

Le tourbillon horloger T impose donc au mécanisme d’horlogerie MH la vitesse de rotation ω, régulée par le tourbillon double TD.

Pour les besoins du schéma de la figure 1, les axes ASa, ASb sont représentés inclinés pour figurer le décalage angulaire des deux satellites Sa, Sb autour de l’axe ZD dans le châssis CH. En réalité l’un des satellites STa est devant le plan de la figure 1 et l’autre satellite STb derrière ce plan.

Pour des raisons d’équilibrage et de symétrie de transmission des efforts aux pignons Pa, Pb, la paire de satellites STa, STb est complétée par une paire de satellites ST’a, ST’b identiques dans des positions symétriques de celles de la première paire par rapport à l’axe ZD.

Les figures 2 à 13 montrent un mode de réalisation du tourbillon horloger T dont les différents composants, détaillés, sont repérés dans les figures par des références numériques et, à titre de rappel, par les références générales du schéma de la figure 1.

Pour simplifier la présentation du tourbillon horloger T, étant donné l’identité des formes et les symétries, les composants porteront les références numériques complétées du suffixe (a) et du suffixe (b).

La figure 2 montre une vue en perspective isométrique d’ensemble d’un mode de réalisation du tourbillon horloger composé d’un tourbillon double TD relié par un différentiel 5 au mécanisme d’horlogerie non représenté dans cette figure.

Les différentes parties du tourbillon double TD seront décrites séparément à l’aide des figures 3-13.

La figure 3 montre l’ossature d’une demi-cage portée par la roue de cage 10, commune aux deux demi-cages 1a, 1b et définissant le plan médian RC de la cage 1, perpendiculaire à l’axe de rotation ZC de la cage. La roue 10 a une couronne dentée 101 pour son entraînement. Elle porte un la platine d’échappement 11a par des piliers 161. La platine d’échappement 11a porte le pont d’échappement 13a.

Le pont d’ancre 12a est porté par la platine d’échappement 11a et le pivot de cage 14a est fixé au pont d’ancre 12a.

Les éléments de la cage sont montés de façon rigide. Les platines d’échappement 11a,b sont fixés sur la roue 10 commune via des piliers 16. Les ponts d’ancre et d’échappement (resp. 12a,b et 13a,b) sont montés sur la platine d’échappement 11a,b via des piliers 16. Les pivots 14a,b sont montés sur les ponts d’ancre 12a,b.

L’ossature représentée à la figure 3 est reprise de façon symétrique au sens défini ci-dessus pour recevoir les composants de l’autre oscillateur OSb respectant ces conditions de symétrie.

La figure 4 montre un oscillateur 4a qui, dans l’orientation de sa position représentée, est celui du dessus, installé dans la demi-cage représentée à la figure 3. Cet oscillateur 4a pris isolément a globalement la structure usuelle d’un oscillateur composé d’une serge de balancier 41a, montée sur un axe 40a dont la partie conique de l’axe 40a a un double plateau 43a portant une ellipse 44a.

Une virole 42a portant un spiral 45a est montée sur la partie cylindrique de l’axe 40a. Le spiral 450a installé dans la serge 41a est constitué d’un corps en spirale d’Archimède à pas constant et d’une courbe terminale Breguet 451a. La courbe terminale est solidaire d’un piton 46a maintenu dans un porte-piton commun 15 solidaire de la structure de la roue de cage 10 (figures 5 et 6).

L’ancre 3a constituée d’une planche 30a, de ses palettes d’entrée 31a et de sortie 32a, se termine par une fourchette 33a agissant sur l’ellipse 44a de l’oscillateur 4a.

La figure 5 est une vue en plan de la combinaison des deux oscillateurs 4a, 4b (comme l’oscillateur 4a de la figure 4) sur le même axe ZC (figure 1) de part et d’autre du plan de la roue de cage 10, commune, non représentée. Les deux oscillateurs 4a, 4b sont diamétralement opposés et tournent dans le même sens, comme le montre très simplement l’orientation identique des roues d’échappement 21a, 21b.

Géométriquement, et dans cette configuration, les échappements sont nécessairement l’image miroir l’un de l’autre. Le fonctionnement du mécanisme d’échappement à ancre suisse est bien connu, et ne sera pas décrit de façon plus détaillée.

Les oscillateurs 4a, 4b sont nécessairement identiques, et montés tête-bêche. Leurs composants (notamment la virole 44a,b et le spiral 45a,b) sont également géométriquement identiques et assemblés dans la même configuration si on les considère individuellement. Montés tête-bêche et observés selon l’axe de cage sur la figure 5, ils semblent être le symétrique planaire l’un de l’autre. Leurs mouvements sont synchronisés et sont en sens inverse l’un de l’autre. C’est idéalement le cas mais il existe toute une gamme de régimes transitoires pendant lesquels les fréquences sont en cours d’équilibrage, et donc pendant lesquels les mouvements ne sont pas totalement synchrones.

De façon à équilibrer la cage au mieux, les axes des deux mobiles d’échappement 2a et 2b sont parallèles à l’axe de cage ZC, et disposés en opposition diamétrale par rapport à ce dernier. Les axes des deux ancres 3a et 3b sont également disposés en opposition diamétrale par rapport à l’axe de cage ZC. Cette disposition est visible en figure 5.

Les mobiles d’échappement 2a,b sont constitués des pignons 20a,b et des roues d’échappement 21a,b. Chaque pignon 20a,b roule sur une roue fixe compensée 50a,b. Afin de garantir le fonctionnement du système pendant les périodes de non-synchronicité, ces deux roues fixes compensées sont reliées par le différentiel, via deux transmissions.

La figure 6 est une vue en perspective des éléments de la figure 5 montrant en plus les deux roues fixes compensées 50a, 50b et leur relation avec les mobiles d’échappement. On peut deviner l’engrènement de la roue 50a avec le pignon d’échappement 20a. Seul l’étage des roues fixes compensées 50a et 50b a été représenté; l’engrènement avec les mobiles entraîneurs a été omis.

La figure 7 montre la combinaison des deux oscillateurs 4a, 4b dans l’ossature de la figure 3, complétée par l’ossature symétrique sous la roue de cage 10 et constituant ainsi la cage 1 du double tourbillon TD.

La représentation est limitée aux éléments porteurs de la double cage 1a,b, à l’échappement (mobile d’échappement 2a,b et ancre 3a,b), aux oscillateurs 4a,b et aux éléments de mise en mouvement de la cage 5a,b.

La cage 1 est mise en mouvement par la denture 101 de la roue de cage 10.

Les éléments fixes de la cage 1 sont une roue de cage 10, partagée entre les deux demi-cages 1a, 1b dans chacune d’elles. Le pont d’échappement 13a,b porte l’ancre 3a,b et le mobile d’échappement 2a,b. L’ancre 3a,b est positionnée par le pont d’ancre 12a,b, qui positionne également l’oscillateur 4a,b. Le pont d’échappement 13a,b positionne le mobile d’échappement 2a,b.

La cage 1 est maintenue axialement par ses pivots 14a,b (figure 3).

L’organisation stratifiée de la cage 1 apparaît dans la vue de côté de la figure 8 et la vue en coupe de la figure 9 mettant en évidence la répartition symétrique des composants de part et d’autre de l’axe de rotation ZC et les deux pitons 46a, 46b sur le porte-piton 15 double, commun.

Le différentiel 5 (D) représenté aux figures 1 et 11 a un châssis 52 composé d’une base 521 dans laquelle sont chassés deux pivots 526. Deux plaques 522 portant les paliers 523 des satellites 55 sont solidarisées de la base 521 par deux vis 524 chacune. Les pivots 526 définissent l’axe de rotation ZD du différentiel et servent de support à la rotation des deux mobiles de sortie 53a,b.

La base 521 a latéralement deux échancrures 525 ouvertes vers les côtés extérieurs pour permettre de rapprocher le différentiel du tourbillon TD et laisser passer la roue de cage 10 pour que le châssis 52 et la cage 1 puissent tourner autour de leur axe ZD, ZC respectif et être rapprochés au maximum pour réduire l’encombrement.

Les échancrures 525 sont à cheval sur le plan médian du différentiel, perpendiculaire à son axe ZD. En d’autres termes la base du châssis 52 et ses plaques 522 ont une forme transversale se croisant à l’équerre de la disposition diamétralement opposée de l’emplacement des deux paires de satellites 55a,b; STa, STb; ST’a, ST’b par rapport à l’axe ZD et dans le plan médian du châssis CH la base 521 a une échancrure 525 respectivement ouverte vers les deux côtés extérieurs de la base et les pignons des satellites STa,b/ST’a,b laissent le plan médian dégagé pour le passage libre de la couronne dentée 101 de la cage CC en permettant le rapprochement de l’axe ZD du différentiel D avec l’axe ZC du tourbillon double TD.

Le châssis 52 porte le pignon d’entrée 54 du différentiel qui engrène avec la roue d’entraînement 56 reliée au mécanisme d’horlogerie MH.

Les mobiles de sortie 53a,b sont constitués chacun d’un pignon tubulaire 531 et d’une roue de sortie 532 chassée sur le pignon tubulaire.

Les satellites 55 sont assemblés par paire en position tête-bêche et les paires sont installées dans le châssis 52 en position angulaire symétrique par rapport à l’axe ZD.

Les quatre satellites 55 sont identiques.

Selon les références portées par la figure 11, un satellite 55 se compose d’un pignon tubulaire 551 et d’un pignon plat 552 reliés par un axe 553. Les deux pignons 551, 552 assimilés à des pignons plats ou droits ont une longueur différente pour pouvoir être combinés et réaliser la fonction d’inverseur de satellite; elles engrènent avec les pignons tubulaires 531 des mobiles de sortie 53 comme cela apparaît aux figures 12 et 13.

En effet selon les figures 12 et 13 les satellites 55a, 55b de la paire sont installés tête-bêche et:

* le satellite 55a engrène:

- par son pignon long 551a avec le pignon tubulaire de sortie 531a

- par son pignon long 551a avec le pignon court 552b

- par son pignon court 552a avec le pignon long 551b

* le satellite 55b engrène:

- par son pignon long 551b avec le pignon tubulaire de sortie 531b

- par son pignon long 551b avec le pignon court 552a

- par son pignon court 552b avec le pignon long 551a

Le pignon long 551a,b d’un pignon satellite 55a,b engrène à la fois avec le pignon tubulaire 531a,b du mobile de sortie 5a,b et avec le pignon court 552b,a de l’autre satellite 55b,a de cette paire de satellites.

Comme les axes des satellites doivent être situés sur un cylindre géométrique d’axe ZD pour engrèner par leurs pignons longs 551a,b respectivement avec les pignons tubulaires 531a, 531b, il faut que chaque pignon 551 engrène avec le pignon tubulaire 531 sans que le pignon 552 n’engrène avec ce dernier. Il doit donc passer au-dessus/en-dessous de ce pignon tubulaire 531 comme le montre la vue de côté de la figure 13. Cet engrènement deux à deux des pignons 531, 551, 552 est rendu possible par l’asymétrie des tailles des pignons 551 et 552 par rapport au plan équatorial du différentiel.

Les axes 553a,b des satellites 55a,b sont diamétralement opposés par rapport à l’axe ZD, sur un cercle centré sur cet axe de sorte que l’encombrement constitué par ces axes dégagés 553 définit le degré de rapprochement possible du différentiel D et du double tourbillon TD. Les échancrures 525 de la base 52 sont faites pour ne pas dépasser cet encombrement autour de l’axe ZD dans le plan médian.

La disposition diamétralement opposée des paires de satellites selon une orientation radiale et l’orientation transversale radiale de la base 52 et des plaques 53 forment une organisation en croix par ailleurs équilibrée.

Cette orientation en croix est mise en évidence dans les figures 1, 12, 13.

La figure 12 indique également la rotation des éléments du différentiel 5 :

les mobiles de sortie 53a,b sont entrainés respectivement aux vitesses

ω1 = ω-δω et ω2 = ω+δω (selon cet exemple) ce qui représente la rotation autour de l’axe ZD à une vitesse supérieure et à une vitesse inférieure respectivement à la vitesse moyenne ω = selon le principe de fonctionnement d’un différentiel.

En conclusion et en résumé, il faut remarquer que la structure du différentiel du mode de réalisation (figure 2) est celle du schéma (figure 1) diffèrent, le schéma de la figure 1 étant une représentation dans le seul plan de la figure 1, il n’était pas possible de montrer l’organisation axiale compacte du différentiel D réalisé en pratique:

Dans le mode de réalisation le châssis 52 traverse axialement les mobiles de sortie 53a,b selon l’axe ZD pour recevoir le pignon d’entrée 54 au-delà axialement de l’un des deux mobiles de sortie 53a.

En retour à la vue complète de la figure 2 et au schéma général de la figure 1, le différentiel 5 (D) est composé du châssis 52 (CH) tournant autour de l’axe ZD. Portés par le châssis 52 (CH) se trouvent les deux mobiles de sortie 53a,b (Sa,b), en rotation selon l’axe ZD. Les deux pignons des mobiles de sortie 53a,b possèdent le même nombre de dents, qui doit être pair. Ils engrènent avec le mobile intermédiaire 51a,b (ERFa,b).

Le différentiel est un différentiel à rouages plats (rouages droits) comprenant:

- un châssis CH/52 d’axe de rotation ZD

- deux roues de sortie Sa, Sb sur l’axe ZD et reliées par au moins une paire de satellites STa,b; ST’a,b installés tête-bêche,

chaque satellite ayant deux pignons ST1a, ST1b; ST2a, ST2b porté par un même axe,

- les deux satellites STa,b; ST’a,b engrenant entre eux

* par deux pignons homologues ST2a,b; ST’2a,b et

* par l’autre pignon ST1a, ST1b; ST’1a, ST’1b l’un et l’autre avec un mobile de sortie Sa, b.

Les satellites 55a,b (STa,b) servent de lien inverseur aux deux mobiles de sortie 53a,b (Sa,b). Les inverseurs fonctionnent par paire de façon à annuler les couples de pression résultante lors de l’engrènement. Les quatre satellites 55 (STa, STb, ST’a, ST’b) possèdent le même nombre de dents. Les axes de rotation des satellites 55 STa,b sont parallèles à l’axe de rotation ZD du châssis 52 (CH) du différentiel 5 (D). Les axes des paires des satellites 55 (STa,b) sont disposés diamétralement par rapport à l’axe de rotation ZD du différentiel 5 (D).

Les satellites 55a,b (STa,b) engrènent simultanément avec leur mobile de sortie 53a,b (Sa,b) de sorte qu’en conséquence du nombre de dents des éléments présents, dans le référentiel du châssis, les deux pignons de sortie 532a,b (Sa,b) auront des vitesses relatives égales et de sens opposé.

Selon le même raisonnement, dans un référentiel extérieur au différentiel, la vitesse de rotation du châssis 52 (CH) sera égale à la moyenne des vitesses de rotation des pignons de sortie 532a,b (Sa,b).

Ce différentiel 5 (D), étagé, utilisant des engrenages plats 53a,b, 55a,b (Pa,b, STa,b, 5a,b) reproduit le comportement d’un différentiel à denture conique. Bien que plus complexe en nombre d’éléments, cette disposition permet d’utiliser des engrenages plats de norme connue (NIHS 20-25 par exemple) au lieu des dentures coniques peu pratiques à usiner en horlogerie, et autorise une structure très efficace utilisant des pivotements entre deux paliers (contrairement au pivotement autour d’un plot chassé par exemple).

Les deux pignons de sortie 531 du différentiel 5 sont solidaires de roues de sortie 532 (Sa,b) elles-mêmes engrenant sur deux roues du mobile intermédiaire 51a,b (ERFa,b) destinées à entraîner les roues de compensation 50 (RF).

Dans ce rapprochement du schéma général (figure 1) et de la vue en perspective isométrique d’un mode réalisation selon la figure 2, le tourbillon double TD apparaît par sa cage 1 (CC) avec sa roue de cage 10 (RC) divisée en deux demi-cages 1a,b logeant chacune un oscillateur 4a,b et son ancre 3a,b (OSa,b) ainsi que le mobile d’échappement 2a,b (MEa,b). La denture 101 de la roue de cage 10 constitue l’entrée EC entraînée par le mécanisme d’horlogerie MH.

Dans une configuration de tourbillon traditionnel, la roue fixe sert d’appui au mobile d’échappement, qui transforme la rotation de la cage en mouvement de rotation satellitaire autour de la roue fixe.

Dans la configuration selon l’invention, on a choisi de ralentir la cage 1 (CC) et d’apporter la rotation restante via la roue fixe 50 (RF) (qui devient roue de compensation). Celle-ci est par conséquent toujours en pression contre le pignon d’échappement 20 (ME) ce qui permet d’introduire le différentiel 5 (D) pour tenir compte des écarts de vitesse des deux roues de compensation 50a,b (RFa,b).

Le différentiel 5 est mis en rotation via le châssis 52 (CH) qui porte une roue d’entrée 54 (ED), mise en rotation par le reste du mouvement (non représenté).

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX

T Tourbillon horloger

TD Tourbillon double

CC Cage du tourbillon

ZC Axe du tourbillon double

RC Roue de cage définissant le plan médian

OSa, b Oscillateur

MEa, b Mobile d’échappement

EC Entrée de cage

RFa, b Roue fixe compensée

D Différentiel

ED Entrée du différentiel

ZD Axe du différentiel

CH Châssis du différentiel

Sa, b Sortie du différentiel

Pa, b Pignon de sortie

STa, b, ST’a, b Satellite

ST1a,b Pignon long

ST2a,b Pignon court

ERFa,b Entraineur de roue fixe

MH Mécanisme d’horlogerie

1 Cage

1a, 1b Demi-cage

10 Roue de cage

101 Denture en forme de couronne dentée

102 Pont de cage

11 Platine d’échappement

12 Pont d’ancre

13 Pont d’échappement

14 Pivot de cage

15 Porte piton double (commun)

16 Pilier

161 Pilier de pont de platine

2 Mobile d’échappement

20 Pignon d’échappement

21 Roue d’échappement

3 Ancre

30 Planche d’ancre

31 Palette d’entrée

32 Palette de sortie

33 Fourchette

4 Oscillateur

40 Axe de Balancier

41 Serge de balancier

42 Virole

43 Double plateau

44 Ellipse

45 Spiral

450 Spiral d’Archimède

451 Courbe terminale

46 Piton

5 Différentiel

50 Roue fixe compensée

51 Mobile intermédiaire

52 châssis

521 Base

522 Plaque

523 Palier

524 Vis

525 Echancrure

526 Pivot

53 Mobile de sortie du différentiel

531 Pignon tubulaire de sortie

532 Roue de sortie

54 Pignon d’entrée du différentiel

55 Satellite

551 Pignon long

552 Pignon court

553 Axe dégagé

56 Roue d’entrainement du différentiel

Pour simplifier la présentation des revendications, toutes les références similaires ne sont pas systématiquement reprises dans les revendications. Elles ne le sont que si cela est nécessaire pour la compréhension.

Claims (11)

1. Tourbillon horloger comprenant:
   A) une cage (CC) montée à rotation autour d’un axe (ZC) et divisée en deux demi-cages (1a,b) par un plan médian (RC) perpendiculaire à l’axe de rotation (ZC),
   - un tourbillon double (TD) formé chacun d’un système de régulation comprenant un oscillateur (OSa,b), son ancre et son mobile d’échappement (MEa,b) logé dans chaque demi-cage (1a, 1b),
   - les deux systèmes de régulation étant composés d’éléments identiques mais organisés de façon inverse et installés dans chaque demi-cage (1a, b) en position symétrique par rapport au plan médian (RC) de façon à que ce, dans le plan médian, les sens de rotation des deux mobiles d’échappement (MEa,b) soient identiques
   - chaque système de régulation ayant une roue fixe compensée (RFa,b) reliée à son mobile d’échappement (MEa,b)
   B) un différentiel (D) comprenant
   - deux sorties (Sa,b) reliées chacune à une roue fixe compensée (RFa,b) créant une compensation de position
   - une entrée (ED) reliée au mécanisme d’horlogerie MH
   C) une liaison d’entraînement (EC) reliant le mécanisme d’horlogerie (MH) à la cage (CC) pour l’entraînement en rotation autour de son axe (ZC).
2. Tourbillon horloger selon la revendication 1,
   caractérisé en ce que:
   - les axes des oscillateurs (4a,b) sont confondus selon un axe principal qui est l’axe (ZC) de la cage (CC)
   - les oscillateurs (4a,b), et leurs éléments constitutifs sont identiques ou identiques à une symétrie planaire près
   - les échappements (2a,b et 3a,b) des deux oscillateurs (4a,b) sont identiques ou identiques à une symétrie planaire près.
3. Tourbillon horloger selon la revendication 1,
   caractérisé en ce que:
   - les oscillateurs (4a,b) comportent un spiral plan ou un spiral Breguet
4. Tourbillon horloger selon la revendication 1,
   caractérisé en ce que:
   - les deux oscillateurs (4a,b) sont montés tête-bêche, un oscillateur (4a) étant au dessus et l’autre oscillateur 4b en dessous du plan médian.
   - le plan d’un échappement (2a, 3a) est au dessus du plan du balancier (4a) associé, et le plan de l’autre échappement (2b, 3b) est en dessous du plan du balancier (4b) associé et
   - les deux spiraux (45a,b) sont contenus dans l’espace délimité par les serges des balanciers (41a,b).
5. Tourbillon horloger selon la revendication 1,
   caractérisé en ce que
   - les mobiles d’échappement (2a,b; 3a,b) sont disposés selon une symétrie axiale autour de l’axe principal (ZC) de la cage
   - les axes de pivotement des mobiles d’échappement (2a,b; 3a,b) sont parallèles à l’axe principal (ZC) de la cage et sont disposés en opposition diamétrale par rapport à cet axe principal, de même que les axes des ancres (3a,b).
6. Tourbillon horloger selon la revendication 1,
   caractérisé en ce que
   -la cage (1) est formée d’une roue de cage (10) constituant le plan médian (RC) avec de part et d’autre les demi-cages (1a,b) composées chacune de platines et de ponts (10, 102a,b, 11a,b, 12a,b, 13a,b),
   - chaque mobile d’échappement (MEa,b) sortant chacun de sa demi-cage (1a, b) respective pour engrèner avec la roue fixe compensée (RFa,b) alignée sur l’axe de cage (ZC), et
   - la roue de cage (10) a une couronne dentée (101) pour son entraînement à partir du mécanisme d’horlogerie (MH).
7. Tourbillon horloger selon la revendication 1,
   caractérisé en ce que
   le différentiel (D, 5) est un différentiel à rouages plats comprenant
   - un châssis (CH/52) d’axe de rotation (ZD)
   - deux roues de sortie (Sa, Sb) sur l’axe (ZD) et reliées par au moins une paire de satellites (STa,b; ST’a,b) installés tête-bêche,
   chaque satellite ayant deux pignons (ST1a, ST1b; ST2a, ST2b) portés par un même axe,
   - les deux satellites (STa,b; ST’a,b) engrenant entre eux par deux pignons homologues (ST2a,b; ST’2a,b) et
   - par l’autre pignon (ST1a, ST1b; ST’1a, ST’1b) l’un et l’autre avec un mobile de sortie (Sa, b).
8. Tourbillon horloger selon la revendication 1,
   caractérisé en ce que
   l’axe (ZC) du tourbillon double (TD) et l’axe (ZD) du différentiel (D, 5) sont parallèles.
9. Tourbillon horloger selon la revendication 1,
   caractérisé en ce que
   le châssis (CH/52) du différentiel (D, 5) comprend une base (521) portant deux pivots (526) alignés sur son axe (ZD) dont l’un est muni du pignon d’entrée (54), et la base (521) porte deux plaques (522) munies de paliers (523) entre lesquels sont installés les satellites (55).
10. Tourbillon horloger selon la revendication 7,
    caractérisé en ce que
    chaque satellite (55a;b) se compose d’un pignon long (551a,b) et d’un pignon court (552a,b), les satellites (55a,b) de chaque paire étant combinés en position tête-bêche et avec des axes parallèles pour constituer une paire,
    les paires des satellites étant disposées en symétrie axiale de 180° par rapport à l’axe de rotation du différentiel,
    le pignon long (551a,b) d’un satellite (55a) est taillé de façon à engrèner à la fois avec le pignon tubulaire (531a,b) du mobile de sortie (53a,b) et avec le pignon court (552b,a) de l’autre satellite (555b,a) de cette paire de satellites,
    le pignon long (551a,b) de chaque paire de satellites, engrènant sur une partie de sa longueur avec le pignon tubulaire (5312a,b) du mobile de sortie (53a,b) et sur l’autre partie de sa longueur avec le pignon court (552b,a) de la même paire de sorte que le pignon de sortie tubulaire (531a,b) et le pignon court (552b,a) soient décalés et n’engrènent pas.
11. Tourbillon horloger selon les revendication 7 à 9,
    caractérisé en ce que
    la base (521) du châssis (52) du différentiel (5) possède des échancrures (525) sur son équateur de façon à laisser passer la denture (101) de la roue de cage (10) et réduire l’encombrement sur le plan équatorial, tous les satellites (55a,b) du différentiel étant échancrés et leurs axes dégagées (553a,b) pour minimiser la distance entre l’axe du tourbillon (ZC) et celui du différentiel (ZD).