WO2014203085A1 - Oscillating system for mechanical clockwork movements, method for producing a helical spring, and helical spring - Google Patents

Oscillating system for mechanical clockwork movements, method for producing a helical spring, and helical spring Download PDF

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WO2014203085A1
WO2014203085A1 PCT/IB2014/060167 IB2014060167W WO2014203085A1 WO 2014203085 A1 WO2014203085 A1 WO 2014203085A1 IB 2014060167 W IB2014060167 W IB 2014060167W WO 2014203085 A1 WO2014203085 A1 WO 2014203085A1
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Stefan Männicke
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Damasko Uhrenmanufaktur KG
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    • 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
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • G04B17/066—Manufacture of the spiral spring

Abstract

The invention discloses an oscillating system for mechanical clockwork movements, a method for producing a helical spring (4) for mechanical clockwork movements, and a helical spring. The helical spring (4) consists of a photostructurable material and has an oscillating region and a stabilising region. In the oscillating region, the helical spring (4) has at least one first sub-region (10) and one second sub-region (11), which follows the first sub-region (10) in the direction of the inner end (13) of the oscillating region. The at least first sub-region (10) and the at least second sub-region (11) differ in respect of their cross-sectional size.

Description

Schwingsystem für mechanische Uhrwerke, Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder und Spiralfeder  Oscillation system for mechanical movements, method for producing a spiral spring and spiral spring
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke. Das Schwingsystem für mechanische Uhrwerke hat einen Schwingkörper und eine um eine Achse schwenkbar gelagerte Unruhwelle. Eine nichtmetallische Spiralfeder hat einen aktiven Schwingungsbereich ausgebildet, wobei die nicht-metallische Spiralfeder durch einen die Unruhwelle umschließenden Spiralfederbefestigungsabschnitt mit der Unruhwelle verbunden ist. Die nicht-metallische Spiralfeder ist an einem äußeren Federhaltepunkt gehalten. The invention relates to a vibration system for mechanical movements. The oscillating system for mechanical movements has a vibrating body and a balance shaft pivotally mounted about an axis. A non-metallic coil spring has an active vibration region, wherein the non-metallic coil spring is connected to the balance shaft by a coil spring attachment portion surrounding the balance shaft. The non-metallic coil spring is held at an outer spring stop.
Ferner betrifft die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder für mechanische Uhrwerke Ebenso betrifft die Erfindung eine Spiralfeder aus einem fotostrukturierbaren Werkstoff, wobei die Spiralfeder einen Schwingbereich und einen Stabilisierungsbereich umfasst. Furthermore, the invention relates to a method for producing a spiral spring for mechanical movements. The invention likewise relates to a spiral spring made of a photo-structurable material, wherein the spiral spring comprises a vibration region and a stabilization region.
Stand der Technik State of the art
Schwingsysteme für mechanische Uhrwerke, insbesondere für Armbanduhren, werden in der Fachwelt auch als Unruh bezeichnet. Die Unruh umfasst einen Schwingkörper, welcher mittels einer Unruhwelle schwenkbar um eine Drehachse gelagert ist. Ferner ist eine Spiral- bzw. Unruhfeder vorgesehen, die zusammen mit der Masse des Schwingkörpers das schwingungsfähige und taktgebende System bildet. Ein mechanisches Uhrwerk weist als zentrale Bestandteile Federhaus mit Zugfeder, Räderwerk, Hemmung und Schwingsystem (Unruh) auf. Dabei stellt das Federhaus mit Zugfeder den Antrieb des Uhrwerks zur Verfügung. Die Kraftübertragung erfolgt beginnend beim Federhaus über das Räderwerk zum Ankerrad, das einen Bestandteil der Hemmung darstellt. Das Räderwerk treibt die Zeiger der Uhr an und übersetzt die in der Zugfeder gespeicherte Federkraft in Drehbewegungen verschiedener Geschwindigkeiten, wodurch Sekunden, Minuten, Stunden usw. angezeigt werden. Die Unruh umfasst einen Schwingkörper, welcher mittels einer Unruhwelle schwenkbar um eine Drehachse gelagert ist. Ferner ist eine Spiralfeder vorgesehen, die zusammen mit der Masse des Schwingkörpers das schwingungsfähige und taktgebende System bildet. Schließlich umfasst die Unruh eine Vorrichtung zur Gangregulierung wie beispielsweise einen Rücker, mit der die Schwingeigenschaft der Spiralfeder verändert und damit der gewünschte korrekte Gang der Uhr eingestellt werden kann. Oscillating systems for mechanical movements, especially for watches, are referred to in the art as a balance. The balance comprises a vibrating body, which is mounted pivotably about an axis of rotation by means of a balance shaft. Further, a spiral or balance spring is provided which forms the oscillatory and clocking system together with the mass of the oscillating body. A mechanical movement has as central components barrel with tension spring, gear train, escapement and oscillating system (balance). The barrel with tension spring provides the drive of the movement. The power is transmitted starting from the barrel via the gear train to the escape wheel, which represents a part of the escapement. The gear train drives the hands of the watch and translates the spring force stored in the tension spring into rotational motions of different speeds, indicating seconds, minutes, hours and so on. The balance comprises a vibrating body, which is mounted pivotably about an axis of rotation by means of a balance shaft. Further, a spiral spring is provided, which forms the oscillatory and clocking system together with the mass of the vibrating body. Finally, the balance comprises a device for regulating the speed, such as a back, which can be used to change the oscillating characteristic of the spiral spring and thus to set the desired correct gear of the watch.
Der exakte Gang der Uhr basiert auf dem möglichst gleichmäßigen Hin- und Herschwingen der Spiralfeder um ihre Gleichgewichtsposition. Dabei greift der Anker abwechselnd hemmend und freigebend so in das Ankerrad ein, dass die Bewegung stets in gleichem Zeitmaß pulsiert. Ohne stetige Energiezufuhr würde die Unruh jedoch ihre Bewegung einstellen. Deshalb wird kontinuierlich die vom Federhaus kommende Kraft über das Räderwerk auf die Unruh übertragen. Die Hemmung leitet die Kraft über Ankerrad und Anker an die Unruh weiter. The exact course of the clock is based on the most even swinging back and forth of the coil spring to their equilibrium position. The armature intervenes alternately inhibiting and releasing in the escape wheel so that the movement always pulsates in the same time. However, without a steady supply of energy, the balance would stop moving. Therefore, the force coming from the barrel is continuously transmitted to the balance via the gear train. The escapement forwards the power via the escape wheel and the anchor to the balance wheel.
Beim Verlassen seiner Gleichgewichtsposition bewirkt der Schwingkörper der Unruh ein Vorspannen der Spiralfeder, wodurch ein Rückholdrehmoment erzeugt wird, das die Spiralfeder, nach ihrer Freigabe durch den Anker, zur Rückkehr in ihre Gleichgewichtsposition veranlasst. Dadurch wird dem Schwingkörper eine gewisse kinetische Energie verliehen, weshalb er über seine Gleichgewichtsposition hinaus schwingt bis ihn das Gegendrehmoment der Spiralfeder anhält und zum Rückschwingen zwingt. Die Spiralfeder reguliert somit die Schwingungsperiode der Unruh und damit den Gang der Uhr. Spiralfedern mit möglichst konstantem und dauerhaft unverändertem Schwingverhalten sind daher von enormer Wichtigkeit für den Bau mechanischer Uhren. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Spiralfedern bekannt. So kann beispielsweise die Spiralfeder aus speziellen Stahllegierungen gefertigt werden, und zwar in der Weise, dass ein aus der Stahllegierung erzeugter Draht durch Walz- und Ziehvorgänge in einen rechteckigen Querschnitt verformt wird. Aus diesem Draht mit rechteckigem Querschnitt wird nachfolgend die Spiralfeder durch Wickeln hergestellt. Upon leaving its equilibrium position, the oscillating body of the balance causes biasing of the coil spring, creating a return torque that causes the coil spring, after release by the armature, to return to its equilibrium position. As a result, the oscillating body is given a certain kinetic energy, which is why it oscillates beyond its equilibrium position until it reaches the counter torque the coil spring stops and forces it to swing back. The spiral spring thus regulates the oscillation period of the balance and thus the course of the clock. Spiral springs with as constant and permanently unchanged vibration behavior are therefore of enormous importance for the construction of mechanical watches. Various methods for the production of coil springs are known from the prior art. For example, the spiral spring can be made of special steel alloys in such a way that a wire made of the steel alloy is deformed by rolling and drawing operations in a rectangular cross-section. From this wire with a rectangular cross-section, the coil spring is subsequently produced by winding.
Es ist bekannt die Spiralfeder eines mechanischen Schwingsystems im Bereich der äußeren Windung zur Schaffung einer zusätzlichen Masse oder Ausgleichsmasse mit einer Verdickung auszubilden, um eine oszillierende Verlagerung der Spiralfeder beim Schwingen des Schwingsystems zu vermeiden. Um diesen Effekt zu erreichen, ist eine optimale Abstimmung der Masse der Verdickung in Bezug auf die Masse der gesamten aktiven Federlänge der Spiralfeder notwendig. Die aktive Federlänge erstreckt sich zwischen dem inneren Spiralfederende und dem äußeren Haltepunkt der Spiralfeder. Das innere Spiralfederende ist an der Stelle lokalisiert, an der die Spiralfeder radial zur Federachse eine Breite aufweist, die gleich oder im Wesentlichen gleich der Breite ihrer Windungen ist. Die aktive Federlänge wird auch als aktiver Schwingungsbereich bezeichnet. It is known to form the spiral spring of a mechanical vibration system in the outer winding to create an additional mass or balancing mass with a thickening in order to avoid an oscillating displacement of the coil spring during oscillation of the oscillating system. In order to achieve this effect, it is necessary to optimally adjust the mass of the thickening in relation to the mass of the entire active spring length of the spiral spring. The active spring length extends between the inner coil spring end and the outer breakpoint of the coil spring. The inner coil spring end is located at the location where the coil spring has a width radial to the spring axis that is equal to or substantially equal to the width of its turns. The active spring length is also called active vibration range.
Die WO 2013/056706 A1 schlägt vor, im Bereich der äußeren Windung der Spiralfeder nicht notwendigerweise eine zusätzliche Masse vorzusehen, sondern eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes der Spiralfeder vorzunehmen. Eine solche Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes kann in einfacher Weise durch eine im Vergleich zu den inneren Windungen der Spiralfeder im Bereich der äußeren Windung verringerte Höhe und vergrößerte Breite der Spiralfeder erreicht werden. Da die Zunahme der Breite mit der dritten Potenz in die Berechnung des Flächenträgheitsmomentes eingeht und die Abnahme der Höhe sich nur linear auswirkt, kann die Spiralfeder so ausgebildet werden, dass eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes ohne Massenzunahme möglich ist. WO 2013/056706 A1 proposes not to provide an additional mass in the area of the outer turn of the spiral spring, but rather to increase the area moment of inertia of the spiral spring. Such an increase of the area moment of inertia can in a simple way by a reduced compared to the inner turns of the coil spring in the outer winding height and increased width of the coil spring can be achieved. Since the increase of the width with the third power enters into the calculation of the area moment of inertia and the decrease of the height only has a linear effect, the spiral spring can be designed so that an increase of the area moment of inertia without mass increase is possible.
Aus der EP 1 422 436 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Spiralfedern für das Schwingsystem von mechanischen Uhren aus einkristallinem Silizium bekannt. EP 1 422 436 A1 discloses a method for producing spiral springs for the oscillatory system of mechanical clocks made of monocrystalline silicon.
Die DE 101 27 733 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Schrauben- oder Spiralfedern aus kristallinem, insbesondere einkristallinem Silizium durch eine mechanische abtragende Bearbeitung. DE 101 27 733 A1 discloses a method for producing helical or spiral springs made of crystalline, in particular monocrystalline silicon by a mechanical abrasive machining.
Schließlich offenbart die DE 10 2008 029 429 A1 ein Verfahren zum Herstellen von Spiralfedern für Uhrwerke, bei dem die Spiralfedern durch Ätzverfahren mit Hilfe von Ätzmasken aus einem Silizium-Ausgangsmaterial gewonnen werden. Finally, DE 10 2008 029 429 A1 discloses a method for producing spiral springs for watch movements, in which the spiral springs are obtained by etching processes with the aid of etching masks from a silicon starting material.
Aus der DE 10 2008 061 182 A1 ist die Herstellung von Schwing- oder Spiralfedern aus Silizium, insbesondere aus polykristallinem Silizium sowie aus Siliziumcarbid bekannt. Bei Verwendung derartiger Spiralfedern zur Bildung eines mechanischen Schwingsystems für mechanische Uhrwerke kann es im Rahmen der Herstellung zu Toleranzen kommen, welche sich nachteilig auf das Schwingungsverhalten des mechanischen Schwingsystems auswirken. Das europäische Patent EP 1 958 031 B1 ist eine Spirale für ein Uhrwerk Diese Spirale besteht aus einem Spezialglas und wurde mithiife eines Verfahrens gefertigt, das es ermöglicht, ihre mechanischen Eigenschaften und insbesondere den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Youngschen Moduls (CTE) nahezu unabhängig von der Temperatur zu machen, sich dabei jedoch weiterhin die unmagnetischen Eigenschaften zunutze zu machen. DE 10 2008 061 182 A1 discloses the production of oscillating or spiral springs made of silicon, in particular of polycrystalline silicon and of silicon carbide. When using such coil springs to form a mechanical vibration system for mechanical movements, tolerances can occur within the scope of the production, which have a disadvantageous effect on the vibration behavior of the mechanical vibration system. European Patent EP 1 958 031 B1 is a spiral for a movement. This spiral is made of a special glass and has been manufactured by means of a process which makes it possible to obtain its mechanical properties and in particular to make the coefficient of thermal expansion of the Young's modulus (CTE) almost independent of the temperature, while continuing to take advantage of the non-magnetic properties.
Um ein möglichst konstantes Schwingverhalten der Spiralfeder und damit eine hohe und möglichst konstante Ganggenauigkeit des Uhrwerks zu erreichen, muss die Rückholkonstante C der Spiralfeder möglichst konstant sein. Die Rückholkonstante berechnet sich nach In order to achieve a constant oscillation behavior of the coil spring and thus a high and as constant as possible accuracy of the clock movement, the return constant C of the coil spring must be as constant as possible. The return constant is calculated according to
C = M/cp C = M / cp
Dabei bezeichnet φ den Torsionswinkel der Rotation der Spiralfeder und M das Rückholdrehmoment. Das Rückholdrehmoment M wiederum ist proportional zum temperaturabhängigen Elastizitätsmodul E der Spiralfeder, wodurch sich eine Temperaturabhängigkeit der Rückholkonstanten C ergibt. In this case, φ denotes the torsion angle of the rotation of the spiral spring and M the Rückholdrehmoment. The Rückholdrehmoment M in turn is proportional to the temperature-dependent elastic modulus E of the coil spring, resulting in a temperature dependence of the Rückholkonstanten C.
Bekannt ist auch, die Schwing- oder Spiralfeder eines mechanischen Schwingsystems im Bereich der äußeren Windung zur Schaffung einer zusätzlichen Masse oder Ausgleichsmasse mit einer Verdickung auszubilden, um eine oszillierende Verlagerung der Spiralfeder beim Schwingen des Schwingsystems zu vermeiden. Um diesen Effekt zu erreichen, ist eine optimale Abstimmung des Massengewichtes der Verdickung in Bezug auf das Gesamt-Massengewicht der aktiven Federlänge der Spiralfeder notwendig. Die aktive Federlänge ist dabei diejenige Länge der Spiralfeder, die während des Schwingens wirksam ist, d.h. der elastischen Verformung unterliegt und sich zwischen dem inneren Spiralfederende und dem äußeren Haltepunkt der Spiralfeder erstreckt. Das innere Spiralfederende ist an der Stelle lokalisiert, an der die Spiralfeder radial zur Federachse eine Breite aufweist, die gleich oder im Wesentlichen gleich der Breite sämtlicher Windungen (übliche Windungsbreite) ist. Bei der Herstellung der Spiralfedern sind Toleranzen nicht auszuschließen. Dies gilt, wie ausgeführt, in verstärktem Maße für Spiralfedern aus Silizium, die an ihren Oberflächen zur Erzielung der notwendigen Festigkeit und/oder Temperaturunabhängigkeit mit einer Beschichtung aus Siliziumoxid versehen werden. In der Regel erfolgt diese Beschichtung durch thermische Oxidation. It is also known to form the oscillating or spiral spring of a mechanical vibration system in the outer winding to create an additional mass or leveling compound with a thickening in order to avoid an oscillating displacement of the coil spring during oscillation of the oscillating system. To achieve this effect, an optimal balance of the mass weight of the thickening in relation to the total mass weight of the active spring length of the coil spring is necessary. The active spring length is that length of the coil spring, which is effective during the swing, that is subject to the elastic deformation and extends between the inner coil spring end and the outer breakpoint of the coil spring. The inner coil spring end is located at the point where the coil spring has a width radial to the spring axis that is equal to or substantially equal to the width of all turns (common turn width). In the manufacture of coil springs tolerances can not be excluded. This applies, as stated, to a greater extent for spiral springs made of silicon, which are provided on their surfaces to achieve the necessary strength and / or temperature independence with a coating of silicon oxide. As a rule, this coating takes place by thermal oxidation.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke zu schaffen, das zumindest eine nicht-metallische Spiralfeder umfasst, die derart geometrisch austaltbar ist, dass die ein dauerhaft ausgezeichnetes Schwingungsverhalten zeigt. The object of the invention is to provide a vibrating system for mechanical movements, which comprises at least one non-metallic coil spring, which is geometrically austaltbar such that shows a permanently excellent vibration behavior.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Schwingsystem für mechanische Uhrwerke gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by the vibration system for mechanical movements according to claim 1.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder anzugeben, das eine einfache und qualitativ hochwertige Herstellung einer nicht-metallischen Spiralfeder ermöglicht, die zusätzlich das Erfordernis eines ausgezeichneten Schwingungsverhaltens erfüllt. Another object of the invention is to provide a method of producing a coil spring which enables a simple and high-quality production of a non-metallic coil spring, which additionally fulfills the requirement of excellent vibration behavior.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 10 umfasst. This object is achieved by a method comprising the features of claim 10.
Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung, eine Spiralfeder aus einem fotostrukturierbaren Werkstoff anzugeben, die derart geometrisch ausgestaltet ist, dass dauerhaft ausgezeichnetes Schwingungsverhalten zeigt. It is also an object of the invention to provide a spiral spring of a photo-structurable material, which is designed geometrically such that permanently excellent vibration behavior shows.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spiralfeder gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 15 umfasst. Weitere vorteilhafte Aspekte, Details und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren. Der„aktive Schwingungsbereich" der Spiralfeder erstreckt sich von dem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt der Spiralfeder anschließenden inneren Ende des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt. This object is achieved by a coil spring comprising the features of claim 15. Further advantageous aspects, details and embodiments of the invention will become apparent from the respective dependent claims, the description and the figures. The "active vibration region" of the coil spring extends from the inner end of the active vibration region adjacent to the coil spring attachment portion of the spiral spring to the outer spring support point.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufweisend einen Schwingkörper, eine um eine Achse schwenkbar gelagerte Unruhwelle und eine Spiralfeder mit einem aktiven Schwingungsbereich zur Verfügung. Die Spiralfeder ist durch einen die Unruhwelle umschließenden Spiralfederbefestigungsabschnitt mit der Unruhwelle verbunden und an einem äußeren Federhaltepunkt gehalten. Der aktive Schwingungsbereich erstreckt sich von einem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt anschließenden inneren Ende des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt. Erfindungsgemäß weist der aktive Schwingungsbereich der Spiralfeder zumindest zwei Teilbereiche aufweist, nämlich einen ersten Teilbereich, einen sich an den ersten Teilbereich in Richtung des inneren Endes des Schwingungsbereichs anschließenden zweiten Teilbereich auf. Der aktive Schwingungsbereichs umfasst nicht den Stabilisierungsberiech der Spiralfeder. Die geometrische Ausgestaltung der Spiralfeder erfolgt somit ausschließlich im Schwingungsbereich, das derjenige Bereich ist, in dem die Windungen der Spiralfeder einen in Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt haben und die einzelnen Windungen parallel sind. Der aktive Schwingungsbereich der nicht-metallischen Spiralfeder besteht aus zumindest einem ersten Teilbereich und einen sich an den ersten Teilbereich in Richtung des inneren Endes des Schwingungsbereichs anschließenden zumindest zweiten Teilbereich. Der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich unterscheiden sich in ihrem Querschnitt hinsichtlich deren Dimension. Es sind mehrere Ausführungsformen vorstellbar, so hat der erste Teilbereich eine erste Breite und eine erste Höhe, und der zweite Teilbereich hat eine zweite Breite und eine zweite Höhe, wobei die erste Höhe größer ist als die zweite Höhe und die erste Breite gleich der zweiten Breite ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Höhe gleich der zweiten Höhe und die erste Breite ist größer als die zweite Breite ist. Ferner ist es möglich, dass die erste Höhe gleich der zweiten Höhe und die erste Breite kleiner als die zweite Breite ist. Ebenso ist denkbar, dass die erste Höhe größer ist als die zweite Höhe und die erste Breite größer als die zweite Breite ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die erste Höhe größer ist als die zweite Höhe und die erste Breite ist kleiner als die zweite Breite. The present invention provides a vibrating system for mechanical movements comprising a vibrating body, a balance shaft pivotally mounted about an axis, and a coil spring having an active vibration area. The coil spring is connected to the balance shaft by a balance spring mounting portion surrounding the balance shaft and held at an outer spring support point. The active vibration region extends from an inner end of the active vibration region adjacent to the coil spring attachment section to the outer spring retention point. According to the invention, the active oscillation area of the spiral spring has at least two partial areas, namely a first partial area, a second partial area adjoining the first partial area in the direction of the inner end of the oscillation area. The active vibration region does not include the stabilization region of the spiral spring. The geometric configuration of the spiral spring thus takes place exclusively in the oscillation region, which is the region in which the turns of the spiral spring have a substantially rectangular cross-section and the individual turns are parallel. The active oscillation region of the non-metallic spiral spring consists of at least a first subregion and an at least second subregion adjoining the first subregion in the direction of the inner end of the oscillation region. The first subregion and the second subregion differ in their cross section with respect to their dimension. Several embodiments are contemplated, such that the first portion has a first width and a first height, and the second portion has a second width and a second height, wherein the first height is greater than the second height and the first width is equal to the second width is. According to another embodiment, the first height is equal to the second height and the first width is greater than the second width. Further, it is possible that the first height is equal to the second height and the first width is smaller than the second width. It is also conceivable that the first height is greater than the second height and the first width is greater than the second width. According to another embodiment, the first height is greater than the second height and the first width is smaller than the second width.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein verbessertes Schwingverhalten durch eine möglichst geringe Masse der Spiralfeder erreicht werden kann. Durch die verringerte Masse werden die Lager der Spiralfeder geringer belastet und unterliegen daher einem geringerem Verschleiß, was wiederum zu einer verbesserten Ganggenauigkeit der Feder über einen längeren Zeitraum führt. Hinzu kommt, dass durch die lokale Verringerung der Masse der Spiralfeder die Steifigkeit der gesamten Spiralfeder gezielt eingestellt werden kann. The present invention is based on the finding that an improved vibration behavior can be achieved by the lowest possible mass of the coil spring. Due to the reduced mass, the bearings of the coil spring are loaded less and therefore subject to less wear, which in turn leads to improved accuracy of the spring over a longer period. In addition, the stiffness of the entire coil spring can be adjusted in a targeted manner by the local reduction in the mass of the spiral spring.
Es ist von Vorteil wenn die zweite Höhe des mindestens zweiten Teilbereichs zwischen 3% und 20% geringer ist als die erste Höhe des mindestens ersten Teilbereichs, bevorzugt zwischen 5% und 15% geringer, und besonders bevorzugt zwischen 7% und 12% geringer ist als die erste Höhe im ersten Teilbereich. It is advantageous if the second height of the at least second subregion is between 3% and 20% smaller than the first height of the at least first subregion, preferably between 5% and 15% lower, and particularly preferably between 7% and 12% lower than the first height in the first section.
Eine analoge Variation der ersten Breite des ersten Teilbereichs und der zweiten Breite des zweiten Teilbereichs ist auch möglich. Die Spiralfeder wird gemäß der gewünschten Vorgaben aus dem nicht-metallischen Werkstoff (fotostrukturierbares Glas) mit den Strukturierungsverfahren des Standes der Technik hergestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat der aktive Schwingungsbereich der Spiralfeder zumindest drei Teilbereiche, wobei ein sich dritter Teilbereich an den zweiten Teilbereich in Richtung des inneren Endes des Schwingungsbereichs anschließt. Im dritten Teilbereich ist eine dritte Höhe und eine dritte Breite ausgebildet, wobei die zweite Höhe des zweiten Teilbereichs zwischen 3% und 20% geringer ist als die erste Höhe des ersten Teilbereichs und die zweite Höhe des zweiten Teilbereichs zwischen 3% und 20% geringer ist als die dritte Höhe des dritten Teilbereichs. An analogous variation of the first width of the first portion and the second width of the second portion is also possible. The coil spring is made according to the desired specifications of the non-metallic material (photo-structurable glass) with the structuring method of the prior art. According to a further embodiment of the invention, the active oscillation region of the spiral spring has at least three partial regions, wherein a third partial region adjoins the second partial region in the direction of the inner end of the oscillation region. In the third portion, a third height and a third width is formed, wherein the second height of the second portion is between 3% and 20% less than the first height of the first portion and the second height of the second portion is between 3% and 20% less as the third height of the third section.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn Teilbereiche mit geringerer Höhe und Teilbereiche mit größerer Höhe periodisch aufeinander folgen. Durch diese verringerte Höhe in dem genannten Teilbereich der Spiralfeder wird in einfacher Weise ein Teilbereich mit einer verringerten Masse geschaffen. Gleichzeitig stellt sich ein zusätzlicher vorteilhafter Effekt dahingehend ein, dass bei einer Herstellung der Feder durch ein Ätzverfahren eine umso größere Genauigkeit in der Konformität der Federbreite erreicht wird, je geringer die Höhe der Feder ist. In dem Teilbereich geringerer Höhe stellt sich also eine zusätzliche Verbesserung der Ganggenauigkeit der Feder ein, da die Federbreite in diesem Bereich eine im Vergleich zu Teilbereichen größerer Höhe bessere Konstanz aufweist. It is particularly advantageous if subregions of lesser height and subregions of greater height follow one another periodically. By this reduced height in said portion of the coil spring a partial area is created with a reduced mass in a simple manner. At the same time, an additional advantageous effect arises in that when the spring is produced by an etching process, the smaller the height of the spring, the greater the accuracy in the conformity of the spring width. In the sub-region of lesser height, therefore, there is an additional improvement in the accuracy of the spring, since the spring width in this region has a better consistency compared to subregions of greater height.
Die Gesamtfederlänge der Spiralfeder erstreckt sich von dem inneren Spiralfederende bis zu dem äußeren Federhaltepunkt. Das innere Ende des aktiven Schwingungsbereichs ist an der Stelle lokalisiert, an dem der Schwingungsbereich der Spiralfeder in den Spiralfederbefestigungsabschnitt, der der Befestigung der Spiralfeder an der Unruhwelle dient, übergeht. Der äußere Federhaltepunkt wird entweder durch einen fest fixierten Federhaltepunkt oder durch die Position eines Rückers festgelegt. Der aktive Schwingungsbereich erstreckt sich bis zu diesem äußeren Federhaltepunkt. The overall spring length of the coil spring extends from the inner coil spring end to the outer spring support point. The inner end of the active vibration region is located at the point where the oscillation region of the coil spring merges with the coil spring attachment section that serves to fix the coil spring to the balance shaft. The outer spring stop is either fixed by a Spring holding point or determined by the position of a back. The active vibration region extends to this outer spring breakpoint.
Die Grenze zwischen den einzelnen Teilbereichen der erfindungsgemäßen Spiralfeder ist dadurch festgelegt, dass die Höhe h(n+i) der Spiralfeder in ihrem n+1 ten Teilbereich zwischen 3% und 20% geringer ist als die Höhe hTn der Spiralfeder in ihrem nten Teilbereich. Im Falle konstanter Höhen hTn und hT(n+i) ist die Grenze zwischen den Teilbereichen sofort offensichtlich, da eine Unstetigkeit in der Höhe entsprechend einer Stufe ausgebildet sind. Im Falle variierender Höhen hTn und hT(n+i) kann die Grenze zwischen den Teilbereichen durch den Fachmann mit Hilfe einfacher Messungen bestimmt werden. Nach der Bestimmung der Höhe der Spiralfeder in definierten Längenabschnitten über die gesamte Federlänge hinweg kann durch eine einfache mathematische Auswertung jeder Punkt berechnet werden, an dem die durchschnittliche Höhe eines Teilbereichs von der durchschnittlichen Höhe des anschließenden Bereichs um wenigstens 3% abweicht. Der Punkt, ab dem die genannte Bedingung erfüllt ist, stellt die Grenze zwischen den beiden Teilbereichen dar. Obwohl also die Grenze zwischen den einzelnen Teilbereichen bei Inaugenscheinnahme einer bestimmten Spiralfeder nicht unbedingt sofort offenbar ist, können die Grenzen für alle Teilbereiche einer beliebigen Spiralfeder durch eine für den Fachmann leicht durchzuführende und einfach auswertbare Messung eindeutig bestimmt werden. The boundary between the individual subregions of the spiral spring according to the invention is defined by the fact that the height h (n + i) of the spiral spring in its n + 1 th subregion is between 3% and 20% less than the height h Tn of the spiral spring in its nth subregion. In the case of constant heights h Tn and h T (n + i), the boundary between the subregions is immediately obvious since a discontinuity in height corresponding to one step is formed. In the case of varying heights h Tn and h T ( n + i), the boundary between the subregions can be determined by a person skilled in the art with the aid of simple measurements. After determining the height of the spiral spring in defined lengths over the entire length of the spring, a simple mathematical evaluation can be used to calculate any point at which the average height of a partial area deviates from the average height of the adjacent area by at least 3%. The point from which the said condition is fulfilled represents the boundary between the two subregions. Thus, although the boundary between the individual subregions is not necessarily immediately apparent when a particular helical spring is being viewed, the limits for all subregions of any helical spring can be given by be clearly determined for the expert easy to perform and easy to evaluate measurement.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Spiralfeder im ersten Teilbereich und/oder im zweiten Teilbereich und/oder im dritten Teilbereich eine konstante Höhe auf. Eine konstante Höhe bringt fertigungstechnische Vorteile mit sich, da z.B. in Ätzverfahren eine geringere Zahl an Ätzmasken zur Verwendung kommt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Spiralfeder n Teilbereiche auf, wobei der n-te Teilbereich eine Höhe hTn aufweist und n eine ganze Zahl ist. Besonders bevorzugt ist n = 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 1 10, 1 15, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490 oder 500. According to a further preferred embodiment of the present invention, the spiral spring has a constant height in the first partial area and / or in the second partial area and / or in the third partial area. A constant height brings with it manufacturing advantages, since, for example, a smaller number of etching masks is used in etching processes. According to a further preferred embodiment, the spiral spring has n subregions, wherein the nth subregion has a height h Tn and n is an integer. Particularly preferred is n = 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 15, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 310, 320, 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490 or 500.
Besonders bevorzugt weist zumindest eine Windung der Spiralfeder m Teilbereiche auf, wobei der m-te Teilbereich eine Höhe hTm aufweist und m eine ganze Zahl ist. Insbesondere bevorzugt ist m = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 , 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 1 10, 1 15, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195 oder 200. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen zumindest w Windungen der Spiralfeder m Teilbereiche auf, wobei w = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20 ist. Die einzelnen Windungen der Spiralfeder können die gleiche Anzahl an Teilbereichen aufweisen oder eine unterschiedliche Anzahl. Es können auch mehrere Windungen die gleiche Anzahl an Teilbereichen aufweisen, andere Windungen hingegen eine davon abweichende Zahl an Teilbereichen. Particularly preferably, at least one turn of the spiral spring has m subregions, wherein the mth subregion has a height h Tm and m is an integer. Particularly preferred is m = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 15, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195 or 200. According to another particularly preferred embodiment of the present invention, at least w windings of the spiral spring m Subregions, where w = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 or 20. The individual turns of the spiral spring can have the same number of partial areas or a different number. It is also possible for several windings to have the same number of partial areas, while for other windings a different number of partial areas may be used.
Aus der oben angegebenen Definition der Grenze zwischen zwei Teilbereichen folgt zwangsläufig, dass auf einen n-ten Teilbereich mit größerer Höhe ein n+1 ter Teilbereich mit geringerer Höhe folgt. Auf diesen n+1 ten Teilbereich folgt ein n+2ter Teilbereich, der eine größere Höhe als der n+1 te Teilbereich aufweist. Im Vergleich zum nten Teilbereich kann aber die Höhe des n+2ten Teilbereichs größer oder geringer sein. From the above definition of the boundary between two subregions it follows inevitably that an nth subarea with a greater height is followed by an n + 1 subarea of lesser height. This n + 1 th subarea is followed by an n + 2th subarea which has a greater height than the n + 1 th subarea. Compared to the nth subarea, however, the height of the n + 2nd subarea can be greater or less.
Besonders bevorzugt weisen alle Teilbereiche mit geringerer Höhe dieselbe Höhe hge auf. Insbesondere bevorzugt weisen zudem auch alle Teilbereiche mit größerer Höhe dieselbe Höhe hgr auf. Für diese Ausführungsform ergeben sich deutliche Vorteile bei der Herstellung durch einen Ätzprozess, da eine deutlich geringere Anzahl an Ätzmasken erforderlich ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem äußeren Federhaltepunkt um einen festen Ansteckpunkt oder es ist der äußere Federhaltepunkt durch einen Rücker gebildet. Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem eine mechanische Uhr mit einem mechanischen Schwingsystem, wobei das Schwingsystem wie oben beschrieben ausgebildet ist. Particularly preferably, all subregions of lesser height have the same height h ge . In addition, all subsections are particularly preferred with greater height the same height h gr . For this embodiment, there are clear advantages in the production by an etching process, since a significantly lower number of etching masks is required. According to a further preferred embodiment of the present invention, it is at the outer spring support point to a fixed Ansteckpunkt or it is the outer spring support point formed by a back. The present invention also includes a mechanical timepiece with a mechanical vibration system, wherein the vibration system is configured as described above.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder für mechanische Uhrwerke zur Verfügung. Eine Platte aus einem nicht-metallischen Werkstoff wird bereitgestellt. Dann erfolgt ein Maskieren und Fotostrukturieren der Platte derart, dass in der Platte für später zu vereinzelnde Spiralfedern, jede der Spiralfedern zumindest einen ersten Teilbereich), einen sich an den ersten Teilbereich in Richtung eines inneren Endes des Schwingungsbereichs anschließenden zweiten Teilbereich werden, wobei die sich in ihrem Querschnitt hinsichtlich dessen Dimension unterscheiden. The present invention provides a method of making a helical spring for mechanical movements. A sheet of non-metallic material is provided. Then, the plate is masked and photostructured such that in the plate for later coil springs to be singulated, each of the coil springs become at least a first portion), a second portion adjoining the first portion toward an inner end of the vibration portion differ in their cross-section in terms of its dimension.
Der mechanische oder chemische Materialabtrag erfolgt nach dem Fachmann hinlänglich bekannten Verfahren. Ein chemischer Materialabtrag kann beispielsweise durch ein Ätzverfahren mit Hilfe von Photomasken vorgenommen werden. Ein mechanischer Materialabtrag kann z.B. durch Schleifen mit Hilfe eines diamantbesetzten Werkzeugs erfolgen. Ferner ist es von Vorteil für das Schwingverhalten der Spiralfeder, wenn diese aus einem fotostrukturierbaren Werkstoff hergestellt ist und einen Schwingbereich und einen Stabilisierungsbereich ausgebildet hat. Die Spiralfeder besitzt im Schwingbereich zumindest einen ersten Teilbereich und einen sich an den ersten Teilbereich in Richtung des inneren Endes des Schwingungsbereichs anschließenden zweiten Teilbereich. Der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich unterscheiden sich in ihrem Querschnitt hinsichtlich dessen Größe. The mechanical or chemical removal of material takes place according to methods well known to the person skilled in the art. A chemical material removal can be carried out, for example, by means of an etching process with the aid of photomasks. A mechanical removal of material can be done, for example, by grinding with the aid of a diamond-tipped tool. Furthermore, it is advantageous for the oscillatory behavior of the spiral spring, if it is made of a photo-structurable material and has formed a vibration region and a stabilization region. The Coil spring has at least a first portion and a subsequent to the first portion in the direction of the inner end of the oscillation region second portion. The first subarea and the second subarea differ in their cross section in terms of its size.
Der „Schwingungsbereich" der Spiralfeder ist im Sinne der Erfindung diejenige Spirallänge der Feder, in dem die Schwingung ungehindert abläuft. Im Stabilisierungsbereich wird durch eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes der innere Schwingungsbereich stabilisiert. Für die Eigenfrequenz der Spiralfeder ist auch der Stabilisierungsbereich maßgebend. For the purposes of the invention, the "oscillation range" of the helical spring is the spiral length of the spring in which the oscillation proceeds unhindered.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufweisend einen Schwingkörper, eine um eine Achse schwenkbar gelagerte Unruhwelle und eine Spiralfeder mit einer Gesamtfederlänge, wobei sich die Gesamtfederlänge aus einem inneren Schwingungsbereich mit einer Schwingungsfederlänge und einem äußeren Stabilisierungsbereich mit einer Stabilisierungsfederlänge zusammensetzt, zur Verfügung. Die Spiralfeder ist mit einem Spiralfederbefestigungsabschnitt mit der Unruhwelle verbunden und umschließt mit dem Spiralfederbefestigungsabschnitt die Unruhwelle. Die Spiralfeder ist im äußeren Stabilisierungsbereich an einem Federhaltepunkt gehalten oder eingespannt, wobei sich die Gesamtfederlänge von einem inneren Ende des inneren Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt erstreckt. Die Spiralfeder weist in ihrem inneren Schwingungsbereich parallel zu der mit der Achse der Unruhwelle zusammenfallenden Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Höhe hsc und radial zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Breite bsc auf. Die Spiralfeder weist im äußeren Stabilisierungsbereich parallel zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Höhe hst auf, die zumindest 1 % geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich. Gleichzeitig weist die Spiralfeder im äußeren Stabilisierungsbereich radial zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Breite bst aufweist, die zumindest 1 % größer ist als die durchschnittliche Breite bsc im inneren Schwingungsbereich. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass ein verbessertes Schwingverhalten nicht unbedingt durch eine im Stabilisierungsbereich der Spiralfeder vergrößerte Masse erreicht wird, sondern durch eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes der Spiralfeder in ihrem Stabilisierungsbereich. Eine solche Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes kann in einfacher Weise durch eine im Vergleich zum Schwingungsbereich der Spiralfeder im Stabilisierungsbereich verringerte Höhe und vergrößerte Breite der Spiralfeder erreicht werden. Da die Zunahme der Breite mit der dritten Potenz in die Berechnung des Flächenträgheitsmomentes eingeht und die Abnahme der Höhe sich nur linear auswirkt, kann die Spiralfeder so ausgebildet werden, dass eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes ohne Massenzunahme möglich ist. The present invention provides a vibrating system for mechanical timepieces comprising a vibrating body, a balance shaft pivotally mounted about an axis, and a coil spring having a total spring length, wherein the total spring length is composed of an inner vibration region having a vibration spring length and an outer stabilizing region having a stabilizing spring length. The coil spring is connected to the balance shaft with a coil spring attachment portion and encloses the balance shaft with the coil spring attachment portion. The coil spring is held or clamped in the outer stabilization region at a spring-holding point, the total spring length extending from an inner end of the inner oscillation region to the outer spring-holding point. The spiral spring has an average height h sc in its inner oscillation area parallel to the axis of the balance spring coinciding with the axis of the balance spring, and has an average width b sc radial to the axis of the spiral spring. The spiral spring has in the outer stabilization region parallel to the axis of the coil spring an average height h st which is at least 1% less than the average height h sc in the inner oscillation range. simultaneously has the coil spring in the outer stabilization region radially to the axis of the coil spring has an average width b s t, which is at least 1% greater than the average width b sc in the inner vibration range. The present invention is based on the finding that an improved oscillation behavior is not necessarily achieved by an increased mass in the stabilization region of the spiral spring, but rather by an increase in the area moment of inertia of the spiral spring in its stabilization region. Such an increase in the area moment of inertia can be achieved in a simple manner by means of a reduced height and increased width of the spiral spring in comparison with the oscillation range of the spiral spring in the stabilization region. Since the increase of the width with the third power enters into the calculation of the area moment of inertia and the decrease of the height only has a linear effect, the spiral spring can be designed so that an increase of the area moment of inertia without mass increase is possible.
Das Flächenträgheitsmoment (FT) kann für einen rechteckigen Querschnitt der Spiralfeder wie folgt berechnet werden, wobei h die Höhe der Spiralfeder und b die Breite der Spiralfeder bezeichnet: The area moment of inertia (FT) can be calculated for a rectangular cross section of the coil spring as follows, where h denotes the height of the spiral spring and b the width of the spiral spring:
FT h*b3 dFT dFT 3b2h FT h * b 3 dFT dFT 3b 2 h
db  db
Figure imgf000016_0001
&FT = s 2** &b - b3 * &h
Figure imgf000016_0001
& FT = s 2 ** & b - b 3 * & h
Bei konstant bleibender Masse:
Figure imgf000017_0001
At constant mass:
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0002
Damit ergibt sich die prozentuelle Änderung zu:
Figure imgf000017_0002
This results in the percentage change to:
oder
Figure imgf000017_0003
Verringert sich also die Höhe der Spiralfeder um 1 % und vergrößert sich die Breite der Spiralfeder um 1 % so nimmt das Flächenträgheitsmoment bei konstanter Masse um 2% zu. or
Figure imgf000017_0003
Thus, if the height of the coil spring decreases by 1% and the width of the coil spring increases by 1%, the area moment of inertia increases by 2% with constant mass.
Dieses Ergebnis lässt sich durch eine simple Berechnung der Auswirkungen einer Verringerung der Höhe der Spiralfeder um 1 % und einer Vergrößerung der Breite der Spiralfeder um 1 % auf das Flächenträgheitsmoment bestätigen: This result can be confirmed by a simple calculation of the effects of a reduction of the height of the coil spring by 1% and an increase of the width of the coil spring by 1% on the area moment of inertia:
Für den Schwingungsbereich ergibt sich für das Flächenträgheitsmoment: For the oscillation range results for the area moment of inertia:
FTsc — hsc ' bsc FTsc - hsc ' bsc
Für den Stabilisierungsbereich ergibt sich für das Flächenträgheitsmoment:
Figure imgf000018_0001
For the stabilization range, the area moment of inertia results for:
Figure imgf000018_0001
Für das Verhältnis der Flächenträgheitsmomente ergibt sich damit: For the ratio of the area moments of inertia, this results in:
FTst / FTsc = (hSf bst3)/(hsc bsc3) = (0,99 hSc (1 ,01 bSc)3)/(hsc bsc3) = 0,99- 1 ,013 * FT st / FTsc = (h S f bst 3 ) / (hsc bsc 3 ) = (0.99 h S c (1, 01 b S c) 3 ) / (hsc bsc 3 ) = 0.99-1, 01 3 *
1 ,02  1, 02
Unabhängig von den konkreten Werten für die durchschnittliche Höhe hst, die durchschnittliche Höhe hsc, die durchschnittliche Breite bst und die durchschnittliche Breite bsc ergibt sich also bei Verringerung der Höhe um 1 % bei gleichzeitiger Vergrößerung der Breite der Spiralfeder um 1 % eine Erhöhung des Flächenträgheitsmoments um 2%. Vergleicht man die Massen der beiden Bereiche normiert auf eine definierte Länge, so ergibt sich das Verhältnis von Masse des Stabilisierungsbereichs zur Masse des Schwingungsbereichs wie folgt: mst / msc = (hSf bst)/(hsc bsc) = (0, 99 hSc- 1 , 01 bsc)/(hSc bsc) = 0,99- 1 ,01 « 1 , 00 Irrespective of the concrete values for the average height h s t, the average height h sc , the average width b s t and the average width b sc , the height is reduced by 1% while the width of the coil spring is increased by 1 % an increase of the second moment of area by 2%. If one compares the masses of the two regions normalized to a defined length, then the ratio of mass of the stabilization region to the mass of the vibration region results as follows: m st / m sc = (h S f bst) / (hsc bsc) = (0 99 h S c- 1, 01 bsc) / (h S c bsc) = 0.99- 1, 01 «1, 00
Wiederum unabhängig von den konkreten Werten für die durchschnittliche Höhe hst, die durchschnittliche Höhe hsc, die durchschnittliche Breite bst und die durchschnittliche Breite bsc ergibt sich also bei Verringerung der Höhe um 1 % bei gleichzeitiger Vergrößerung der Breite der Spiralfeder um 1 % keine Veränderung der Masse. Durch die erfindungsgemäße Veränderung des geometrischen Querschnitts der Spiralfeder im Stabilisierungsbereich gegenüber dem Schwingungsbereich wird also eine Erhöhung des Flächenträgheitsmoments ohne Vergrößerung der Masse möglich. Again, irrespective of the concrete values for the average height hst, the average height h sc , the average width b s t and the average width b sc, the result is 1% reduction in height and 1% increase in the width of the coil spring no change in mass. The inventive change in the geometric cross section of the coil spring in the stabilization region with respect to the vibration region thus an increase in the area moment of inertia without increasing the mass is possible.
Als weiteres einfaches Beispiel sei eine Spiralfeder genannt, bei der im Stabilisierungsbereich die Breite um 1 00% (entsprechend einem Faktor 2) vergrößert ist, während die Höhe um 50% (entsprechend einem Faktor 0, 5) verringert ist. Für den Stabilisierungsabschnitt dieser Spiralfeder ergibt sich eine Zunahme des Flächenträgheitsmomentes um einen Faktor 4 während die Masse konstant bleibt. Durch die Verringerung der durchschnittlichen Höhe kann in vielen Fällen eine Stabilisierung des Schwingungsverhaltens der Spiralfeder erreicht werden, ohne dass der Stabilisierungsbereich mit einer zusätzlichen Masse versehen werden muss. Damit wird verhindert, dass die Spiralfeder aufgrund der durch die zusätzliche Masse bedingten erhöhten Trägheit ihre maximale Schwingungsamplitude erst zu einem späteren Zeitpunkt erreicht. Außerdem wird sowohl eine durch Massezunahme bedingte höhere Reibung in den Lagern der Spiralfeder als auch eine durch eine zusätzlich vorgesehene Masse hervorgerufene Unwucht der Spiralfeder vermieden. Es soll aber klar gestellt werden, dass sich die vorliegende Erfindung auf jede Form von Spiralfeder bezieht, bei der eine Verringerung der Höhe und eine Vergrößerung der Breite in der beanspruchten Art vorgenommen wird. Darunter fallen auch Ausführungsformen, die trotz der Verringerung der Höhe eine Zunahme der Masse aufgrund der Vergrößerung der Breite im Stabilisierungsbereich erfahren. As another simple example, let us mention a coil spring in which the width in the stabilization region is increased by 1 00% (corresponding to a factor of 2), while the height is increased by 50% (corresponding to a factor of 0, 5). is reduced. For the stabilization section of this spiral spring results in an increase of the area moment of inertia by a factor of 4 while the mass remains constant. By reducing the average height, a stabilization of the oscillation behavior of the spiral spring can be achieved in many cases, without the stabilization area having to be provided with an additional mass. This prevents the spiral spring from reaching its maximum oscillation amplitude at a later time due to the increased inertia caused by the additional mass. In addition, both caused by an increase in mass higher friction in the bearings of the coil spring and caused by an additionally provided mass imbalance of the coil spring is avoided. It should be understood, however, that the present invention relates to any form of coil spring in which a reduction in height and an increase in the width in the claimed type is made. This also includes embodiments which, despite the reduction in height, experience an increase in mass due to the increase in the width in the stabilization region.
Die Steigung der Schleifengeometrie kann von beliebigem funktionalen Zusammenhang sein. Zur Beschreibung des Verfahrens wird beispielhaft eine Spiralfeder mit linearer Steigung verwendet. Ebenfalls ist die Breite, das verwendete Material und die Querschnittsgeometrie innerhalb des Schwingungsbereiches und des Stabilisierungsbereiches mit der Maßgabe frei wählbar, dass die Spiralfeder im äußeren Stabilisierungsbereich parallel zu ihrer Achse eine durchschnittliche Höhe hst aufweist, die zumindest 1 % geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich. Der Radius r(d) der Spiralfeder ist eine Funktion des Winkels θ und wird allgemein durch folgende Beziehung definiert: r{ ) ;= rO + (θ) The slope of the loop geometry can be of any functional relationship. To describe the method, a helical spring with a linear pitch is used by way of example. Also, the width, the material used and the cross-sectional geometry within the oscillation range and the stabilization range are freely selectable with the proviso that the coil spring in the outer stabilization region has an average height h s t parallel to its axis that is at least 1% less than the average Height h sc in the inner oscillation range. The radius r (d) of the spiral spring is a function of the angle θ and is generally defined by the following relationship: r {) ; = rO + (θ)
Für eine lineare Steigung der Spiralfeder gilt: For a linear pitch of the coil spring, the following applies:
r(S-) := r0 +— ·θ r (S-): = r0 + - * θ
2·π  2 × π
Hierbei sind: Here are:
rO = Radius an der Stelle (θ=0) rO = radius at the point (θ = 0)
P = Steigungsfaktor der Spiralfeder P = pitch factor of the spiral spring
Der Winkel θΑ, der den Beginn des Stabilisierungsbereiches beschreibt und der Winkel θΕ, der die Gesamtlänge der Spiralfeder festlegt, können frei gewählt werden. Aus empirischen Messungen wurden Idealwerte zur Erreichung eines stabilen Verhaltens ermittelt. The angle θΑ, which describes the beginning of the stabilization area and the angle θΕ, which determines the total length of the coil spring, can be chosen freely. From empirical measurements ideal values for achieving a stable behavior were determined.
Die zugehörige Bezugsfeder zur Spiralfeder ist eindeutig definiert durch das verwendete Material, den Anfangsradius rO, die Anfangsgeometrie an der Stelle θ=0 und die aktive Länge der Spirale LE, bzw. dem Endwinkelwert θΕ. Zur Vereinfachung werden den Winkelwerten θΑ und θΕ die zugehörigen Längen LA und LE zugeordnet. The associated reference spring to the coil spring is clearly defined by the material used, the initial radius rO, the initial geometry at the point θ = 0 and the active length of the spiral LE, and the final angle value θΕ. For simplicity, the associated values LA and LE are assigned to the angle values θΑ and θΕ.
LA ist die Gesamtfederlänge bis zum Winkel θΑ mit der Beziehung LA is the total spring length up to the angle θΑ with the relationship
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
LE ist die Spiralenlänge oder Länge der Spiralfeder bis zum Winkel θΕ, mit der Beziehung
Figure imgf000021_0001
LE is the spiral length or length of the coil spring up to the angle θΕ, with the relationship
Figure imgf000021_0001
FT (I) ist nachfolgend der Verlauf des Flächenträgheitsmomentes als Funktion der Länge der Spiralfeder und E ist nachfolgend das Elastizitätsmodul des für die Spiralfeder verwendeten Materials. FT (I) is below the course of the moment of inertia as a function of the length of the coil spring and E is below the modulus of elasticity of the material used for the coil spring.
Grundsätzlich werden die Parameterwerte so ermittelt, dass die jeweilige physikalische Größe des Stabilisierungsbereiches von LA (θΑ) bis LE (θΕ) ins Verhältnis zum Schwingungsbereich von 0 bis LA (θΑ) gesetzt wird. Dieser Quotient Q1 der Spiralfeder wird dann mit einem entsprechenden Quotienten Q2 einer Bezugsspiralfeder ins Verhältnis gesetzt. Die Bezugsspiralfeder ist eine Feder, die bei gleicher Windungszahl und Federlänge LE einen Windungsquerschnitt aufweist, der dem Windungsquerschnitt des Schwingungsbereichs der Spiralfeder entspricht, also hinsichtlich Form und Windungszahl der Spiralfeder entspricht, allerdings ohne Ausbildung des Stabilisierungsbereichs durch Verringerung der Höhe der Feder. Der ermittelte Stabilisierungsfaktor nFT und nk wird also nur durch die stabilisierenden Maßnahmen im Außenbereich der Spiralfeder beeinflusst. In principle, the parameter values are determined so that the respective physical size of the stabilization range from LA (θΑ) to LE (θΕ) is set in relation to the oscillation range from 0 to LA (θΑ). This quotient Q1 of the coil spring is then set in relation to a corresponding quotient Q2 of a reference coil spring. The reference coil spring is a spring which has a winding cross-section with the same number of turns and spring length LE, which corresponds to the winding cross-section of the oscillation area of the spiral spring, ie corresponds in terms of shape and number of turns of the spiral spring, but without forming the stabilization area by reducing the height of the spring. The determined stabilization factor nFT and nk is thus influenced only by the stabilizing measures in the outer region of the spiral spring.
Der Stabilisierungsfaktor r|FT gibt das Verhältnis der Verläufe der Flächenträgheitsmomentenverteilungen FT(I) als Funktion der Länge der Spiralfeder im Abschnitt des Stabilisierungsbereiches zum Schwingungsbereich und dies im Gesamtvergleich zur Bezugsspiralfeder wieder:
Figure imgf000022_0001
The stabilization factor r | FT represents the ratio of the courses of the moment of inertia distributions FT (I) as a function of the length of the spiral spring in the section of the stabilization region to the vibration region and this in the overall comparison to the reference coil spring:
Figure imgf000022_0001
FT(I) ist der Verlauf des Flächenträgheitsmomentes als Funktion der Länge I, FTn(l) ist der Verlauf des Flächenträgheitsmomentes der Bezugsspiralfeder als Funktion der Federlänge (I). FT (I) is the course of the area moment of inertia as a function of the length I, FTn (l) is the course of the area moment of inertia of the reference coil spring as a function of the spring length (I).
Um eine optimale Stabilisierung des Schwingverhaltens der Spiralfeder zu erreichen, ist der Stabilisierungsfaktor nFT so gewählt, dass er im Bereich 10 <nFT < 65 liegt. In order to achieve optimum stabilization of the oscillatory behavior of the spiral spring, the stabilization factor nFT is chosen to be in the range 10 <nFT <65.
Der Stabilisierungsfaktor r\W ist das Verhältnis der Federkonstanten des stabilisierenden Winkelbereiches θΑ bis θΕ zur Federkonstanten des Schwingungsbereiches 0 bis θΑ und dies im Gesamtvergleich zum Verhältnis der Federkonstanten in den analogen Winkelbereichen der Bezugsspiralfeder: f k The stabilizing factor r \ W is the ratio of the spring constant of the stabilizing angle range θΑ to θΕ to the spring constant of the range of oscillation 0 to θΑ and this in comparison to the ratio of the spring constant in the relative angular ranges of the reference coil spring: f k
stabil(M - &E)  stable (M & E)
"-Schwingt - ϋΑ ) Spriale  "-Swing - ϋΑ) Spriale
k  k
(0 - A4) Bezugsspirale hierbei sind kstabii die Federkonstante des Stabilisierungsbereichs der Spiralfeder, kSchwing die Federkonstante des Schwingungsbereiches der Spiralfeder und k die Federkonstante der Bezugsspiralfeder. Um eine optimale Stabilisierung des Schwingverhaltens der Spiralfeder 4 zu erreichen, ist der Stabilisierungsfaktor r\W so gewählt, dass er im Bereich 1 ,5 < r|k < 65, bevorzugt im Bereich 1 ,5 < r\W < 25 liegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind daher die durchschnittliche Höhe hsc und die durchschnittliche Breite bsc der Spiralfeder in ihrem inneren Schwingungsbereich sowie die durchschnittliche Höhe hst und die durchschnittliche Breite bst der Spiralfeder in ihrem äußeren Stabilisierungsbereich derart aufeinander abgestimmt, dass ein Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (r|FT) einen in einem dem Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (n,FT) zugeordneten, vorbestimmten Sollwertbereich liegenden Wert aufweist und/oder ein Federkonstantestabilisierungsfaktor (r|k) einen in einem dem Federkonstantestabilisierungsfaktor (nk) zugeordneten, vorbestimmten Sollwertbereich liegenden Wert aufweist, wobei sich der Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (r|FT) durch das Verhältnis eines ersten Quotienten zu einem zweiten Quotienten darstellt, wobei der erste Quotient das Verhältnis des Flächenträgheitsmomentes des äußeren Stabilisierungsbereichs der Spiralfeder zu dem Flächenträgheitsmoment des inneren Schwingungsbereichs der Spiralfeder und der zweite Quotient das Verhältnis des Flächenträgheitsmomentes einer dem Stabilisierungsbereich entsprechenden Federlänge zu dem Flächenträgheitsmoment einer dem Schwingungsbereich entsprechenden Federlänge einer Bezugsspiralfeder sind, und zwar entsprechend der Formel (0 - A4) reference coil are in this case k s tabii the spring constant of the stabilizing portion of the coil spring, k Sc hwing the spring constant of the vibration region of the coil spring and k is the spring constant of the reference coil spring. In order to achieve optimum stabilization of the oscillatory behavior of the coil spring 4, the stabilization factor r \ W is chosen such that it lies in the range 1, 5 <r | k <65, preferably in the range 1, 5 <r \ W <25. According to a preferred embodiment of the present invention, therefore, the average height h sc and the average width b sc of the spiral spring in their inner oscillation range and the average height h s t and the average width b s t of the spiral spring are matched to one another in their outer stabilization region, an area moment of inertia stabilization factor (r | FT) has a value lying in a predetermined setpoint range assigned to the area moment of inertia stabilization factor (n , FT) and / or a spring constant stabilization factor (r | k) has a value assigned to the predetermined constant value range associated with the spring constant stabilization factor (nk) , wherein the area moment of inertia stabilization factor (r | FT) is represented by the ratio of a first quotient to a second quotient, wherein the first quotient is the ratio of the area moment of inertia of the outer n stabilization region of the spiral spring to the area moment of inertia of the inner oscillation area of the coil spring and the second quotient is the ratio of the area moment of inertia of a spring length corresponding to the stabilization area to the area moment of inertia of the oscillation area corresponding spring length of a reference coil spring, according to the formula
Figure imgf000024_0001
wobei FT(I) der Verlauf des Flächenträgheitsmomentes der Spiralfeder als Funktion der Federlänge (I) und FTn(l) der Verlauf des Flächenträgheitsmomentes der Bezugsfeder als Funktion der Federlänge (I) sind, wobei der dem Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (r|FT) zugeordnete Sollwertbereich zwischen 10 und 65 liegt, wobei sich der Federkonstantestabilisierungsfaktor (r|k) durch das Verhältnis eines ersten Quotienten zu einem zweiten Quotienten darstellt, wobei der erste Quotient das Verhältnis der Federkonstanten des äußeren Stabilisierungsbereichs der Spiralfeder zur Federkonstanten des inneren Schwingungsbereichs der Spiralfeder und der zweite Quotient das Verhältnis der Federkonstanten einer dem Stabilisierungsbereich entsprechenden Federlänge zur Federkonstanten einer dem Schwingungsbereich entsprechenden Federlänge einer Bezugsspiralfeder sind, und zwar entsprechend der Formel f k
Figure imgf000024_0001
wherein FT (I) the course of the moment of area moment of the spiral spring as a function of the spring length (I) and FTn (l) the course of the moment of area moment of the reference spring as a function of the spring length (I), wherein the the area of inertia stabilization factor (r | FT) associated setpoint range between 10 and 65, wherein the spring constant stabilizing factor (r | k) is represented by the ratio of a first quotient to a second quotient, the first quotient being the ratio of the spring constant of the outer stabilizing region of the spiral spring to the spring constant of the inner oscillating region of the spiral spring and the second quotient the ratio of the spring constants of a spring length corresponding to the stabilization region to the spring constant of a spring length of a reference spiral spring corresponding to the oscillation range, in accordance with the formula fk
stabil(M - &E)  stable (M & E)
"Schwingt - A4 ) Spriale  "Swings - A4) Spriale
k  k
(0 - A4) Bezugsspirale wobei kstabii die Federkonstante des Stabilisierungsbereichs der Spiralfeder, kschwing die Federkonstante des Schwingungsbereiches der Spiralfeder und k die Federkonstante der Bezugsspiralfeder sind, wobei der dem Federkonstantestabilisierungsfaktor (r\k) zugeordnete Sollwertbereich zwischen 1 ,5 und 65 liegt, wobei die Bezugsspiralfeder eine Feder ist, die hinsichtlich geometrischer Form, Windungszahl, Windungsquerschnitt und Federlänge (LE) der Spiralfeder entspricht, wobei jedoch die durchschnittliche Höhe hsc der Bezugsspiralfeder gleich ihrer durchschnittlichen Höhe hst und die durchschnittliche Breite bsc der Bezugsspiralfeder gleich ihrer durchschnittlichen Breite bst ist. (0 - A4) reference spiral where kstabii is the spring constant of the stabilizing area of the coil spring, kschwing is the spring constant of the oscillation range of the coil spring, and k is the spring constant of the reference coil spring, where the setpoint range associated with the spring constant stabilizing factor (r \ k) is between 1, 5 and 65, wherein the reference coil spring is a spring which corresponds in terms of geometric shape, number of turns, turn and spring length (LE) of the coil spring, but the average height h sc of the reference coil spring equal to their average height h s t and average width b sc of the reference coil spring is equal to its average width b s t.
Bevorzugt besteht die Spiralfeder aus einem nichtmetallischen Werkstoff und fotostukturierbarem Werkstoff, vorzugsweise aus einem Glas. Preferably, the coil spring made of a non-metallic material and photo-structurable material, preferably from a glass.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem eine mechanische Uhr mit einem mechanischen Schwingsystem, wobei das Schwingsystem wie oben beschrieben ausgebildet ist. The present invention also includes a mechanical timepiece with a mechanical vibration system, wherein the vibration system is configured as described above.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen  Brief description of the drawings
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen The invention will be explained in more detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. Show it
Fig. 1 beispielhaft eine perspektivische Ansicht eines Fig. 1 by way of example a perspective view of a
Schwingsystems für mechanische Uhren (Stand der Technik),  Oscillation system for mechanical watches (prior art),
Fig. 2 beispielhaft einen Schnitt entlang einer die Achse der 2 shows an example of a section along an axis of
Unruhwelle aufnehmenden Ebene durch das Schwingsystem gemäß Fig. 1 (Stand der Technik) und  Balance wave receiving level through the oscillating system of FIG. 1 (prior art) and
Fig. 3 beispielhaft eine perspektivische Seitenansicht der freigestellten Komponenten des Schwingungssystems gemäß Fig. 1 und 2 (Stand der Technik); Fig. 4 in Einzeldarstellung und in Draufsicht eine Spiralfeder gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Spiralfeder mit Unruhwelle; in Draufsicht eine erfindungsgemäße Spiralfeder; Fig. 7A einen Ausschnitt einer Seitenansicht des 3 shows by way of example a perspective side view of the released components of the vibration system according to FIGS. 1 and 2 (prior art); Fig. 4 in an individual view and in plan view a coil spring according to the present invention. 5 shows a perspective view of a spiral spring with balance shaft; in plan view, a spiral spring according to the invention; 7A is a detail of a side view of the
Stabilisierungsbereichs der Spiralfeder gemäß Fig. 6; eine schematische Ansicht in Richtung einer Windung der Spiralfeder, die die unterschiedlichen Größen der Querschnitte verdeutlicht; eine weitere Ausführungsform der unterschiedlichen Querschnitte; in Einzeldarstellung und in Draufsicht eine erfindungsgemäße Spiralfeder mit festem Federhaltepunkt; in Einzeldarstellung und in Draufsicht eine erfindungsgemäße Spiralfeder mit Rücker, und eine weitere Ausführungsform der Erfindung, mit drei unterschiedlichen Teilbereichen in Schwingungsbereich der Spiralfeder.  Stabilization region of the spiral spring according to FIG. 6; a schematic view in the direction of a turn of the coil spring, which illustrates the different sizes of the cross sections; a further embodiment of the different cross sections; in individual representation and in plan view, a spiral spring according to the invention with a fixed spring holding point; in individual representation and in plan view of a coil spring according to the invention with Rücker, and another embodiment of the invention, with three different sections in the oscillation range of the coil spring.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Schwingsystem für mechanische Uhrwerke beschrieben. For a better understanding of the present invention, a vibrating system for mechanical movements known from the prior art will be described in connection with FIGS. 1 to 3.
Das Schwingsystem 1 umfasst einen Schwingkörper in Form eines Schwungrads 2, eine Unruhwelle 3 sowie eine Spiralfeder 4. Das Schwungrad 2 besteht aus einem äußeren Kreisringabschnitt 2.1 , der über mehrere Speichen 2.2 mit einem Nabenabschnitt 2.3 verbunden ist. Der Nabenabschnitt 2.3 weist eine von der Kreisform abweichende, zentrale Durchgangsbohrung auf, in welcher ein zugeordneter Wellenabschnitt 3' der Unruhwelle 3 aufgenommen ist, dessen konzentrische Außenseite einen Formschluss mit dem Nabenabschnitt 2.3 der Schwungrades herstellt. Damit ist das Schwungrad drehfest mit der Unruhwelle 3 verbunden. Darüber hinaus sind an der zum Drehzentrum des Schwungrades weisenden Innenseite des äußeren Kreisringabschnittes 2.1 mehrere Schwungmassen 2.4 angebracht. Die Unruhwelle 3 weist ferner ein oberes und unteres freies Ende 3.1 , 3.2 auf, welche spitz zulaufen und zur drehbaren Lagerung der Unruhwelle 3 um deren Achse UA in entsprechend ausgebildeten oberen und unteren Lagereinheiten aufgenommen werden. In den Figuren 1 und 2 ist beispielhaft eine obere Lagereinheit dargestellt. Die Achse UA der Unruhwelle 3 ist damit zugleich auch die Drehachse des Schwungrades und die Spiralfederachse. The oscillating system 1 comprises a vibrating body in the form of a flywheel 2, a balance shaft 3 and a coil spring 4. The flywheel 2 consists of an outer circular ring section 2.1, which is connected via a plurality of spokes 2.2 with a hub section 2.3. Of the Hub section 2.3 has a deviating from the circular, central through hole, in which an associated shaft portion 3 'of the balance shaft 3 is added, the concentric outer side makes a positive connection with the hub portion 2.3 of the flywheel. Thus, the flywheel is rotatably connected to the balance shaft 3. In addition, at the center of rotation of the flywheel facing inside of the outer annulus section 2.1 several inertial masses 2.4 are attached. The balance-wheel shaft 3 also has an upper and lower free end 3.1, 3.2, which taper in a pointed manner and are received for the rotatable mounting of the balance-wheel shaft 3 about its axis UA in correspondingly formed upper and lower bearing units. In FIGS. 1 and 2, an upper bearing unit is shown by way of example. The axis UA of the balance shaft 3 is thus at the same time the axis of rotation of the flywheel and the coil spring axis.
Die Spiralfeder 4 besteht aus einem vorzugsweise ringförmigen, inneren Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 und einem äußeren Spiralfederendabschnitt 4.2. Dazwischen befinden sich mehrere Spiralfederringabschnitte 4.3, welche in einer Ebene senkrecht und vorzugsweise konzentrisch zur Spiralfederachse verlaufen, welche mit der Achse UA der Unruhwelle 3 übereinstimmt. The coil spring 4 consists of a preferably annular, inner coil spring attachment section 4.1 and an outer spiral spring end section 4.2. In between there are several spiral spring ring sections 4.3, which extend in a plane perpendicular and preferably concentric to the spiral spring axis, which coincides with the axis UA of the balance shaft 3.
Der vorzugsweise ringförmige, innere Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 ist mit der Unruhwelle 3 drehfest verbunden, und zwar vorzugsweise verklebt und/oder mittels Formschluss. Hierzu weist die Unruhwelle 3 einen zur Aufnahme des inneren Spiralfederbefestigungsabschnitts 4.1 ausgebildeten Wellenabschnitt 3" auf, der oberhalb des das Schwungrad 2 aufnehmenden Wellenabschnittes 3' angeordnet ist. The preferably annular, inner coil spring mounting portion 4.1 is rotatably connected to the balance shaft 3, preferably glued and / or by positive engagement. For this purpose, the balance-wheel shaft 3 has a shaft section 3 "designed to receive the inner coil-spring fastening section 4.1, which shaft section is arranged above the shaft section 3 receiving the flywheel 2.
Zur in Bezug auf die Unruhwelle 3 drehfesten Befestigung des äußeren Spiralfederendabschnittes 4.2 ist die Halteanordnung 5 zur Einstellung des Zentrums der Spiralfeder 4 vorgesehen. Die Halteanordnung 5 umfasst zumindest einen Haltearm 6 und ein Halteelement 7, welches im Bereich des äußeren freien Endes des Haltearms 6 entlang der Längsachse LHA des Hebelarms 6 verschiebbar befestigt ist. For in relation to the balance shaft 3 non-rotatable attachment of the outer Spirfederfederendabschnittes 4.2 is the holding assembly 5 for adjusting the Center of the coil spring 4 is provided. The holding arrangement 5 comprises at least one holding arm 6 and a holding element 7, which is slidably mounted in the region of the outer free end of the holding arm 6 along the longitudinal axis LHA of the lever arm 6.
Der Haltearm 6 weist ein inneres Haltearmende 6.1 und ein äußeres Haltearmende 6.2 auf, wobei das innere Haltearmende 6.1 einen offenen Kreisring ausbildet und im Bereich des äußeren Haltearmendes 6.2 eine längliche Führungsausnehmung 6.3 vorgesehen ist. Die längliche Führungsausnehmung 6.3 ist zur variablen Befestigung des Halteelementes 7 am Haltearm 6 vorgesehen. Das innere Haltearmende 6.1 ist über nicht näher bezeichnete Haltemittel, welche auch die oberen und unteren Lagereinheiten zur drehbaren Lagerung der Unruhwelle 3 aufnehmen können, drehfest befestigt, und zwar derart, dass der offene Kreisring des inneren Haltearmendes 6.1 die Achse UA der Unruhwelle 3 konzentrisch umgibt. The retaining arm 6 has an inner retaining arm end 6.1 and an outer retaining arm end 6.2, the inner retaining arm end 6.1 forming an open circular ring and an elongate guide recess 6.3 being provided in the region of the outer retaining arm end 6.2. The elongated guide recess 6.3 is provided for the variable attachment of the holding element 7 on the support arm 6. The inner retaining arm 6.1 is about unspecified holding means which can accommodate the upper and lower bearing units for rotatable mounting of the balance shaft 3, rotatably secured, in such a way that the open circular ring of the inner armrest 6.1 surrounds the axis UA of the balance shaft 3 concentric ,
Das Halteelement 7 weist einen im Wesentlichen zylinderförmigen, länglichen Grundkörper 7.1 mit einer oberen und unteren Stirnseite 7.1 1 , 7.12 und einer Längsachse LHE auf, welcher eine zur oberen Stirnseite 7.1 1 geöffnete Sacklochbohrung 7.2 mit einem Innengewinde zur Aufnahme einer Schraube 8 aufweist. Mittels der Schraube 8, welche durch die längliche Führungsausnehmung 6.3 des Haltearms 6 geführt wird, ist das Halteelement 7 fest mit dem Haltearm 6 verschraubbar, und zwar derart, dass die Längsachse LHA des Haltearms 6 und die Längsachse LHE des Halteelementes 7 senkrecht zueinander verlaufen. The holding element 7 has a substantially cylindrical, elongated base body 7.1 with an upper and lower end face 7.1 1, 7.12 and a longitudinal axis LHE, which has a 7.15 opened to the upper end face blind hole 7.2 with an internal thread for receiving a screw 8. By means of the screw 8, which is guided by the elongated guide recess 6.3 of the support arm 6, the holding element 7 is firmly screwed to the support arm 6, in such a way that the longitudinal axis LHA of the support arm 6 and the longitudinal axis LHE of the support member 7 are perpendicular to each other.
Auf der gegenüberliegenden unteren Stirnseite 7.12 des Grundkörpers 7.1 des Halteelementes 7 ist eine sich senkrecht zur Längsachse LHE des Grundkörpers 7.1 erstreckende und nach unten offene Führungsausnehmung 7.3 vorgesehen, die zur radial führenden Aufnahme des äußeren Spiralfederendabschnittes 4.2 ausgebildet ist. Eine die Längsachse LHE des Grundkörpers 7.1 aufnehmende Ebene teilt die Führungsausnehmung 7.3 näherungsweise in zwei gegenüberliegende, gleiche Hälften des gabelartig ausgebildeten unteren freien Endes des Halteelementes 7. On the opposite lower end face 7.12 of the main body 7.1 of the holding element 7 is a perpendicular to the longitudinal axis LHE of the body 7.1 extending and downwardly open guide recess 7.3 is provided, which is formed for radially leading receiving the outer Spiralfederendabschnittes 4.2. One the Longitudinal axis LHE of the body 7.1 receiving plane divides the guide recess 7.3 approximately in two opposite, equal halves of the fork-shaped lower free end of the holding element. 7
Im montierten Zustand ist damit mittels der Halteanordnung 5 der radiale Abstand A zwischen der Achse UA der Unruhwelle 3 und der Längsachse LHE des Halteelementes 7 und damit des äußeren Spiralfederendabschnittes 4.2 einstellbar. Durch eine entsprechende radiale zur Achse UA gerichtete Verschiebung des Halteelementes 7 und damit des äußeren Spiralfederendabschnittes 4.2 ist das Spiralfederzentrum justierbar, und zwar vorzugsweise derart, dass die Spiralfederringabschnitte 4.3 jeweils denselben Abstand zueinander aufweisen und konzentrisch um die Achse UA verlaufen. In the assembled state is thus by means of the holding assembly 5 of the radial distance A between the axis UA of the balance shaft 3 and the longitudinal axis LHE of the holding element 7 and thus the outer Spiralfederendabschnittes 4.2 adjustable. By a corresponding radial to the axis UA directed displacement of the holding element 7 and thus the outer Spiralfederendabschnittes 4.2, the coil spring center is adjustable, and preferably such that the Spiralfederringabschnitte 4.3 each have the same distance from one another and extend concentrically about the axis UA.
Die Figur 4 zeigt in Einzeldarstellung und Draufsicht eine Spiralfeder 4 des mechanischen Schwingsystems entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Die Spiralfeder 4 ist bei der dargestellten Ausführungsform z.B. aus einem nicht-metallischen Ausgangsmaterial (Wafer), wie z.B. auch einem fotostrukturierbarem Glas hergestellt. Für die Herstellung der Spiralfeder 4 kann z.B. eines Maskierungs-Ätz-Verfahren verwendet werden. FIG. 4 shows, in a detail view and a top view, a spiral spring 4 of the mechanical vibration system according to an embodiment of the invention. The coil spring 4 in the illustrated embodiment is e.g. of a non-metallic starting material (wafer), e.g. also made of a photo-structurable glass. For the manufacture of the spiral spring 4, e.g. a masking-etching process can be used.
Der aktive Schwingungsbereich der Spiralfeder 4 erstreckt sich von dem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 der Spiralfeder 4 anschließenden inneren Ende 13 des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt 14. Dieser ist bei der in den Figuren 1 - 3 dargestellten Ausführungsform durch die Verbindung der außenliegenden Spiralfederabschnitte 4.3 mit dem Halteelement 7 gebildet. Die dargestellte Spiralfeder 4 weist eine Vielzahl von Teilbereichen 1 1 mit einer geringeren Höhe von z.B. 135 pm sowie ein Vielzahl von Teilbereichen 10 mit einer größeren Höhe von 150 pm auf. Die zweite Höhe H2 des zweiten Teilbereichs 1 1 ist also um 10% geringer ist als die erste Höhe H1 des ersten Teilbereichs 10. Bei der Ausführungsform, dass ein dritter Teilbereich (nicht dargestellt) vorgesehen ist, ist die zweite Höhe H2 des zweiten Teilbereichs 1 1 ist um 10% geringer als die dritte Höhe H3 des dritten Teilbereichs 12 (siehe Fig. 10). The active oscillation range of the spiral spring 4 extends from the inner end 13 of the active oscillation region adjoining the spiral spring attachment section 4.1 of the spiral spring 4 to the outer spring retention point 14. In the embodiment illustrated in FIGS. 1-3, this is achieved by the connection of the outer spiral spring sections 4.3 formed with the holding element 7. The spiral spring 4 shown has a plurality of sub-areas 1 1 with a lower height of, for example, 135 pm and a plurality of sub-areas 10 with a greater height of 150 pm. The second height H2 of the The second subregion 11 is thus 10% smaller than the first height H1 of the first subregion 10. In the embodiment that a third subregion (not shown) is provided, the second height H2 of the second subregion 11 is 10% less than the third height H3 of the third portion 12 (see FIG. 10).
Gemäß einer möglichen Ausführungsform weisen im ersten Teilbereich 10 und im zweiten Teilbereich 1 1 die Windungen 9 der Spiralfeder 4 die gleiche Breite auf. In dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen alle Teilbereiche 1 1 eine gemeinsame Höhe auf. Ebenso weisen alle ersten Teilbereiche 10 eine gemeinsame Höhe auf, die sich aber von der Höhe der zweiten Teilbereiche 1 1 unterscheidet. Ausgehend von dem Federhaltepunkt 14 erstreckt sich in Richtung des inneren Endes 13 des aktiven Schwingungsbereichs zunächst ein zweiter Teilbereich 1 1 mit geringerer Höhe, gefolgt von einem ersten Teilbereich 10 mit größerer Höhe und so fort. Sämtliche Windungen der dargestellten Spiralfeder umfassen jeweils insgesamt acht zweite Teilbereiche 1 1 mit geringerer Höhe und acht erste Teilbereiche 10 mit größerer Höhe. Um die in Richtung des inneren Federendes abnehmende Federlänge pro Windung auszugleichen, werden die ersten Teilbereiche 10 und die zweiten Teilbereiche 1 1 in Richtung auf das innere Federende 13 hin mit immer geringerer Ausdehnung in Richtung der Federlänge ausgestaltet. According to a possible embodiment, in the first partial region 10 and in the second partial region 11, the turns 9 of the spiral spring 4 have the same width. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, all partial areas 11 have a common height. Likewise, all the first partial areas 10 have a common height, which, however, differs from the height of the second partial areas 11. Starting from the spring holding point 14 extends in the direction of the inner end 13 of the active vibration region, first, a second portion 1 1 of lesser height, followed by a first portion 10 of greater height and so on. All turns of the spiral spring shown each comprise a total of eight second portions 1 1 with lesser height and eight first portions 10 of greater height. In order to compensate for decreasing spring length per turn in the direction of the inner spring end, the first partial areas 10 and the second partial areas 11 are configured in the direction of the inner spring end 13 with less and less extension in the direction of the spring length.
Durch die geringere Höhe der Feder in den Teilbereichen 1 1 bei konstanter Breite wird eine Verringerung der Masse erzielt. Andere Variationen sind denkbar und die in Figur 4 gezeigte regelmäßige Anordnung der ersten Teilbereiche 10 und der zweiten Teilbereiche 1 1 soll nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Dargestellt sind in Figur 5 eine Unruhwelle 6 sowie eine Spiralfeder 1 . Die Unruhwelle 6 weist ein oberes 6.1 und ein unteres Ende 6.2 auf, welche spitz zulaufen und zur drehbaren Lagerung der Unruhwelle 6 um deren Achse UA in entsprechend ausgebildeten oberen und unteren Lagereinheiten aufgenommen werden. Die Achse UA der Unruhwelle 6 ist damit zugleich auch die Spiralfederachse. Die Spiralfeder 1 weist einen ringförmigen Spiralfederbefestigungsabschnitt 7 auf. Der Spiralfederbefestigungsabschnitt 7 ist mit der Unruhwelle 6 drehfest verbunden, und zwar vorzugsweise verklebt und/oder mittels Formschluss. An dem äußeren Federhaltepunkt 8 ist die Spiralfeder 1 fest mit einer Platine oder einer Lagerplatine verbunden. Die Spiralfeder 1 weist einen inneren, mehrere Windungen umfassenden Schwingungsbereich 4 und einen äußeren Stabilisierungsbereich 5 auf. Due to the lower height of the spring in the sub-areas 1 1 at a constant width a reduction in mass is achieved. Other variations are conceivable and the regular arrangement of the first partial areas 10 and the second partial areas 11 shown in FIG. 4 should not be construed as limiting the invention. Shown in Figure 5 is a balance shaft 6 and a coil spring. 1 The balance shaft 6 has an upper 6.1 and a lower end 6.2, which taper to a point and for the rotatable mounting of the balance shaft 6 about the axis UA be received in appropriately trained upper and lower storage units. The axis UA of the balance shaft 6 is thus at the same time also the spiral spring axis. The coil spring 1 has an annular coil spring attachment portion 7. The coil spring attachment portion 7 is rotatably connected to the balance shaft 6, preferably glued and / or by positive engagement. At the outer spring support point 8, the coil spring 1 is fixedly connected to a circuit board or a bearing plate. The spiral spring 1 has an inner oscillation region 4 comprising several windings and an outer stabilization region 5.
Die Figur 6 zeigt in Draufsicht eine Spiralfeder 1 gemäß der Erfindung. Die Spiralfeder 1 ist aus dem fotostrukturierbaren Ausgangsmaterial unter Verwendung eines Maskierungs-Ätz-Verfahrens hergestellt worden, und zwar derart, dass die einstückig ausgebildete und mehrere Windungen aufweisende Spiralfeder 1 mit dem inneren Spiralfederbefestigungsabschnitt 7 an der Unruhwelle befestigt und mit einem inneren Schwingungsbereich 4 und einem äußeren Stabilisierungsbereich 5 ausgeführt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich der äußere Stabilisierungsbereich 5 im Bereich der äußeren Windung und erstreckt sich über einen Winkelbereich α von 100°. FIG. 6 shows in plan view a spiral spring 1 according to the invention. The coil spring 1 has been made of the photo-patternable raw material using a masking-etching method, such that the integrally formed and multi-winding coil spring 1 with the inner coil spring mounting portion 7 attached to the balance shaft and with an inner vibration region 4 and outer stabilization region 5 is executed. In the illustrated embodiment, the outer stabilizing region 5 is in the region of the outer winding and extends over an angular range α of 100 °.
Der Stabilisierungsbereich 5 ist bei der dargestellten Ausführungsform dadurch gebildet, dass die Spiralfeder 1 radial zu ihrer Federachse UA eine vergrößerte Breite und parallel zu ihrer Federachse UA eine verringerte Höhe aufweist. Der Stabilisierungsbereich 5 erstreckt sich vom Rücker 9 bis zum Beginn des Schwingungsbereichs, wobei die Grenze zwischen Stabilisierungsbereich und Schwingungsbereichs wie oben definiert zu bestimmen ist. Durch die im Stabilisierungsbereich 5 geänderte Querschnittsgeometrie wird eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes erzielt und eine Verlagerung der Spiralfeder 1 beim Schwingen des Schwingsystems verhindert. The stabilizing region 5 is formed in the illustrated embodiment in that the spiral spring 1 has an enlarged width radially to its spring axis UA and a reduced height parallel to its spring axis UA. The stabilization region 5 extends from the back 9 to the beginning of the oscillation region, wherein the boundary between stabilization region and oscillation region is to be determined as defined above. By changing the stabilization region 5 cross-sectional geometry is an increase in the area moment of inertia achieved and prevents displacement of the coil spring 1 when swinging the vibration system.
Die aktive Länge der Spiralfeder 1 , die den Stabilisierungsbereich einschließt, erstreckt sich ausgehend von dem inneren, mit dem Spiralfederbefestigungsabschnitt 7 verbundenen und in der Figur 6 mit 10 bezeichneten Ende bis zu dem Rücker 9. The active length of the coil spring 1, which includes the stabilization region, extends from the inner, connected to the coil spring mounting portion 7 and in the figure 6 at 10 designated end to the back 9th
Die Figur 7A zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht der im Zusammenhang mit der Figur 2 beschriebenen Spiralfeder 1 . Dargestellt ist ein Ausschnitt aus dem Schwingungsbereich der Spiralfeder 1 , In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Windung der Spiralfeder 1 in einer Richtung parallel zu ihrer Federachse UA im ersten Teilbereich 10 einer ersten Höhe H1 auf. Im zweiten Teilbereich 1 1 ist eine zweite Höhe H2 vorgesehen. FIG. 7A shows a detail of a side view of the spiral spring 1 described in connection with FIG. Shown is a section of the oscillation range of the coil spring 1, in the illustrated embodiment, the winding of the coil spring 1 in a direction parallel to its spring axis UA in the first portion 10 of a first height H1. In the second sub-area 1 1, a second height H2 is provided.
Figur 7B und Figur 7C zeigen mögliche Ausführungsformen der Ausgestaltung der ersten Teilbereiche 10 und der zweiten Teilbereiche 1 1 mit unterschiedlich großen Querschnitten. Bei der Darstellung der Figur 7B hat der er erste Teilbereich 10 eine erste Breite B1 und eine erste Höhe H1 , die beide größer sind als eine zweite Breite B2 und eine zweite Höhe H2 des zweiten Teilbereichs 1 1. Analoges gilt für die Darstellung der Figur 7C Hier ist der lediglich der Querschnitt des zweiten Teilbereichs 1 1 zu einer Seite des ersten Teilbereichs 10 hin verschoben angeordnet. FIG. 7B and FIG. 7C show possible embodiments of the embodiment of the first partial regions 10 and the second partial regions 11 with differently sized cross-sections. In the representation of FIG. 7B, the first partial region 10 has a first width B1 and a first height H1, which are both larger than a second width B2 and a second height H2 of the second partial region 1. The same applies analogously to the representation of FIG. 7C Here, only the cross section of the second subarea 11 is shifted to one side of the first subarea 10.
Im Zusammenhang mit der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform wurde von einem nach der Einstellung festen Federhaltepunkt 14 ausgegangen. Wie in Figur 8 gezeigt besteht aber auch die Möglichkeit der Verwendung eines sogenannten Rückers 15, der im Wesentlichen von einem um die Achse der Unruhwelle 3 schwenkbaren Hebel 16 gebildet ist. An dem äußeren Ende weist der Hebel 16 eine beispielsweise von zwei Stiften gebildete Aufnahme 17 auf, in die die Spiralfeder 4 eingreift und die damit den Federhaltepunkt bildet. An ihrem äußeren Ende 4.4 ist die Spiralfeder 4 bei 18 fest mit einer Platine oder einer Lagerplatine verbunden. In connection with the embodiment shown in FIG. 4, it was assumed that a spring-holding point 14 would be fixed after setting. As shown in Figure 8 but there is also the possibility of using a so-called Rückers 15, which is essentially formed by a pivotable about the axis of the balance shaft 3 lever 16. At the outer end, the lever 16 has a receptacle 17 formed, for example, by two pins, in which the spiral spring 4 engages and thus the spring holding point forms. At its outer end 4.4, the coil spring 4 is connected at 18 fixed to a circuit board or a bearing plate.
Die Aufnahme 17 des Rückers 15 bildet einen festen Federhaltepunkt nach. Durch Einstellen des Rückers 15 kann der Federhaltepunkt im Stabilisierungsbereich LS so eingestellt werden, dass ein optimales Verhältnis der Länge des Stabilisierungsbereichs zur Länge des Schwingungsbereichs und somit ein optimales Schwingverhalten erreicht wird. The receptacle 17 of the Rückers 15 forms a solid spring support point. By adjusting the back 15, the spring-holding point in the stabilization region LS can be set so that an optimum ratio of the length of the stabilization region to the length of the oscillation region and thus optimum oscillation behavior is achieved.
Die in Figur 9 gezeigte Spiralfeder 4 weist insgesamt 10 Windungen und einen äußeren Stabilisierungsbereich LS auf, welcher sich wiederum an die Länge LA des inneren Schwingungsbereiches zum äußeren Federhaltepunkt hin anschließt, der die Gesamtlänge der Spiralfeder 4 bestimmt. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich der Stabilisierungsbereich LS über einen Winkel α von etwa 100° und besteht aus einem sich an die Länge LA anschließenden Abschnitt 1 1 .1 mit abnehmender Höhe und zunehmender Breite, aus einem sich daran anschließenden Abschnitt 1 1 .2 mit konstanter oder im Wesentlichen konstanter Höhe und Breite, aus einem Abschnitt 1 1 .3, an welchem in Richtung zum äußeren Ende 4.4 hin die Höhe zu- und die Breite abnimmt, und einem Abschnitt 1 1 .4, der sich bis zu dem durch den Rücker 15 gebildeten Federhaltepunkt erstreckt. The spiral spring 4 shown in Figure 9 has a total of 10 turns and an outer stabilization region LS, which in turn adjoins the length LA of the inner vibration region to the outer spring support point, which determines the total length of the coil spring 4. In the illustrated embodiment, the stabilization region LS extends over an angle α of about 100 ° and consists of a subsequent to the length LA section 1 1 .1 with decreasing height and increasing width, from an adjoining section 1 1 .2 with constant or substantially constant height and width, from a section 1 1 .3, at which towards the outer end 4.4 out the height increases and the width decreases, and a section 1 1 .4, which extends up to the through the Rücker 15 formed spring holding point extends.
Die Abschnitte 1 1 .1 und 1 1 .3 erstrecken sich bei der Spiralfeder 4 jeweils über einen Winkelbereich von etwa 15°. Der mittlere Abschnitt 1 1 .2 besitzt einen im Vergleich zu den Abschnitten 1 1 .1 und 1 1 .3 größeren Winkelbereich von rund 30°. Die Spiralfeder 4 besitzt im inneren Schwingungsbereich eine konstante oder im Wesentlichen konstante Breite bsc und eine konstante oder im Wesentlichen konstante Höhe hsc. The sections 1 1 .1 and 1 1 .3 each extend in the spiral spring 4 over an angular range of about 15 °. The middle section 1 1 .2 has a larger angular range of about 30 ° compared to the sections 1 1 .1 and 1 1 .3. The spiral spring 4 has a constant or substantially constant width b sc and a constant or substantially constant height h sc in the inner oscillation range.
Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, mit drei unterschiedlichen Teilbereichen in Schwingungsbereich der Spiralfeder. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die hier dargestellten Ausführungen der Spiralfeder mit den Teilbereichen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden können. Erfindungsgemäß hat die Spiralfeder aus fotostrukturierbarem Glas einen Schwingbereich und einen Stabilisierungsbereich. Die Spiralfeder hat im Schwingungsbereich einen ersten Teilbereich mit einer Höhe H1 und mindestens einen zweiten Teilbereich mit einer zweiten Höhe H2, wobei sich die Höhe H1 von der Höhe H2 unterscheiden. FIG. 10 shows a further embodiment of the invention, with three different partial regions in the oscillation region of the spiral spring. It is obvious to a person skilled in the art that the embodiments of the coil spring shown here with the subregions can not be construed as limiting the invention. According to the invention, the spiral spring made of photo-structurable glass has a vibration region and a stabilization region. The spiral spring has a first subregion with a height H1 in the vibration region and at least one second subregion with a second height H2, the height H1 differing from the height H2.
Bei den in Figur 4 und Fig. 10 gezeigten Ausführungsformen sind die Teilbereiche in einem geometrischen Muster angeordnet. Die Teilbereiche können beliebig auf der Oberseite der Spirale angeordnet sein. Die Teilbereiche können gleiche Länge sowie unterschiedliche Länge haben. In the embodiments shown in FIGS. 4 and 10, the subregions are arranged in a geometric pattern. The subregions can be arranged arbitrarily on the upper side of the spiral. The sections can have the same length and different lengths.

Claims

Patentansprüche Patent claims
Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufweisend einen Schwingkörper (2), eine um eine Achse (UA) schwenkbar gelagerte Unruhwelle (3) und eine nicht-metallische Spiralfeder (4) mit einem aktiven Schwingungsbereich, wobei die nicht-metallische Spiralfeder (4) durch einen die Unruhwelle (3) umschließenden Spiralfederbefestigungsabschnitt (4.1) mit der Unruhwelle (3) verbunden ist, und die nicht-metallische Spiralfeder (4) an einem äußeren Federhaltepunkt (14) gehalten ist, Oscillating system for mechanical clockworks, comprising a oscillating body (2), a balance shaft (3) pivotably mounted about an axis (UA) and a non-metallic spiral spring (4) with an active oscillation range, the non-metallic spiral spring (4) being supported by a The spiral spring fastening section (4.1) surrounding the balance shaft (3) is connected to the balance shaft (3), and the non-metallic spiral spring (4) is held at an outer spring holding point (14),
wobei sich der aktive Schwingungsbereich von einem an den Spiralfederbefestigungsabschnitt (4.1) anschließenden inneren Ende (13) des aktiven Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt (14) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass wherein the active oscillation region extends from an inner end (13) of the active oscillation region adjoining the spiral spring fastening section (4.1) to the outer spring holding point (14), characterized in that
der aktive Schwingungsbereich der nicht-metallischen Spiralfeder (4) zumindest einen ersten Teilbereich (10), einen sich an den ersten Teilbereich (10) in Richtung des inneren Endes (13) des Schwingungsbereichs anschließenden zweiten Teilbereich (1 1) und die sich in ihrem Querschnitt hinsichtlich dessen Größe unterscheiden. the active oscillation region of the non-metallic spiral spring (4) has at least a first partial region (10), a second partial region (1 1) adjoining the first partial region (10) in the direction of the inner end (13) of the oscillation region and which are in their Cross-section differ in terms of its size.
Schwingsystem nach Anspruch 1 , wobei der erste Teilbereich (10) eine erste Breite (B1) und eine erste Höhe (H1), und der zweite Teilbereich (1 1) eine zweite Breite (B2) und eine zweite Höhe (H2) besitzen, wobei die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite (B1) gleich der zweiten Breite (B2) ist, oder die erste Höhe (H 1) gleich der zweiten Höhe (H2) und die erste Breite (B1) größer als die zweite Breite (B2) ist, oder die erste Höhe (H1) gleich der zweiten Höhe (H2) und die erste Breite (B1) kleiner als die zweite Breite (B2) ist, oder die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite (B1) größer als die zweite Breite (B2) ist, oder die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite (B1) kleiner als die zweite Breite (B2) ist. Oscillation system according to claim 1, wherein the first portion (10) has a first width (B1) and a first height (H1), and the second portion (1 1) has a second width (B2) and a second height (H2), wherein the first height (H1) is greater than the second height (H2) and the first width (B1) is equal to the second width (B2), or the first height (H1) is equal to the second height (H2) and the first width (B1) is larger than the second width (B2), or the first height (H1) is equal to the second height (H2) and the first width (B1) is smaller than the second width (B2), or the first height (H1 ) is greater than the second height (H2) and the first width (B1) is greater than the second width (B2), or the first height (H1) is greater than the second height (H2) and the first width (B1) is smaller than the second width (B2).
Schwingsystem nach Anspruch 2, wobei die zweite Höhe (H2) des zweiten Teilbereichs (11) zwischen 3% und 20% geringer ist als die erste Höhe (H 1) des ersten Teilbereichs (10) bevorzugt zwischen 5% und 15% geringer, und besonders bevorzugt zwischen 7% und 12% geringer ist als die erste Höhe (H1) im ersten Teilbereich (10). Oscillation system according to claim 2, wherein the second height (H2) of the second portion (11) is between 3% and 20% lower than the first height (H 1) of the first portion (10), preferably between 5% and 15% lower, and particularly preferably between 7% and 12% less than the first height (H1) in the first subregion (10).
Schwingsystem nach Anspruch 1 , wobei der aktive Schwingungsbereich der Spiralfeder (4) zumindest drei Teilbereiche (10, 1 1 , 12) aufweist, wobei ein sich an den zweiten Teilbereich (11) in Richtung des inneren Endes (13) des Schwingungsbereichs anschließender dritter Teilbereich (12) vorgesehen ist und in ihrem dritten Teilbereich (12) eine dritte Höhe (H3) und eine dritte Breite (B3) aufweist. Oscillation system according to claim 1, wherein the active oscillation region of the spiral spring (4) has at least three sub-regions (10, 1 1, 12), a third sub-region adjoining the second sub-region (11) in the direction of the inner end (13) of the oscillation region (12) is provided and has a third height (H3) and a third width (B3) in its third portion (12).
Schwingsystem nach Anspruch 4, wobei die zweite Höhe (H2) des zweiten Teilbereichs (11) zwischen 3% und 20% geringer ist als die erste Höhe (H 1) des ersten Teilbereichs (10) und die zweite Höhe (H2) des zweiten Teilbereichs (11) zwischen 3% und 20% geringer ist als die dritte Höhe (H3) des dritten Teilbereichs (12). Vibration system according to claim 4, wherein the second height (H2) of the second sub-area (11) is between 3% and 20% lower than the first height (H 1) of the first sub-area (10) and the second height (H2) of the second sub-area (11) is between 3% and 20% lower than the third height (H3) of the third sub-area (12).
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Teilbereiche mit geringerer Höhe und Teilbereiche mit größerer Höhe periodisch aufeinander folgen. Oscillating system according to one of the preceding claims, wherein sub-areas with a lower height and sub-areas with a greater height periodically follow one another.
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei einem äußeren Federhaltepunkt (14) um einen festen Ansteckpunkt handelt oder der äußere Federhaltepunkt (14) durch einen Rücker gebildet ist. Oscillating system according to one of the preceding claims, wherein an outer spring holding point (14) is a fixed attachment point or the outer spring holding point (14) is formed by a returner.
8. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spiralfeder (4) aus einem fotostrukturierbaren Glas hergestellt ist. 8. Oscillating system according to one of the preceding claims, wherein the spiral spring (4) is made of a photostructureable glass.
9. Mechanische Uhr mit einem mechanischen Schwingsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist. 9. Mechanical watch with a mechanical oscillation system, characterized in that the oscillation system is designed according to one of the preceding claims.
10. Verfahren zur Herstellung einer Spiralfeder (4) für mechanische Uhrwerke mit den Schritten 10. Method for producing a spiral spring (4) for mechanical watch movements with the steps
Bereitstellen einer Platte aus einem nicht-metallischen Werkstoff und, Maskieren und Fotostrukturieren der Platte derart, dass in der Platte für später zu vereinzelnde Spiralfedern (4), jede der Spiralfedern (4) zumindest einen ersten Teilbereich (10), einen sich an den ersten Teilbereich (10) in Richtung des inneren Endes (13) des Schwingungsbereichs anschließenden zweiten Teilbereich (1 1) werden wobei die sich in ihrem Providing a plate made of a non-metallic material and, Masking and photostructuring the plate in such a way that in the plate for spiral springs (4) to be separated later, each of the spiral springs (4) has at least a first partial area (10), one on the first partial area (10) in the direction of the inner end (13 ) of the vibration range adjoining second sub-area (1 1) are located in their
Querschnitt hinsichtlich dessen Dimension unterscheiden. Differentiate cross-sections with regard to their dimensions.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Spiralfeder (4) derart strukturiert wird, dass der erste Teilbereich (10) eine erste Breite (B1) und eine erste Höhe (H1), und der zweite Teilbereich (11) eine zweite Breite (B2) und eine zweite1 1. The method according to claim 10, wherein the spiral spring (4) is structured such that the first portion (10) has a first width (B1) and a first height (H1), and the second portion (11) has a second width ( B2) and a second
Höhe (H2) besitzen, wobei die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite (B1) gleich der zweiten Breite (B2) ist. Have height (H2), whereby the first height (H1) is greater than the second height (H2) and the first width (B1) is equal to the second width (B2).
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Spiralfeder (4) derart strukturiert wird, dass die erste Höhe (H1) gleich der zweiten Höhe (H2) und die erste Breite12. The method according to claim 10, wherein the spiral spring (4) is structured such that the first height (H1) is equal to the second height (H2) and the first width
(B1) größer als die zweite Breite (B2) ist. (B1) is larger than the second width (B2).
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Spiralfeder (4) derart strukturiert wird, dass die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite (B1) größer als die zweite Breite (B2) ist. 13. The method according to claim 10, wherein the spiral spring (4) is structured such that the first height (H1) is greater than the second height (H2) and the first width (B1) is greater than the second width (B2).
14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Spiralfeder (4) derart strukturiert wird, dass die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite (B1) kleiner als die zweite Breite (B2) ist. 14. The method according to claim 10, wherein the spiral spring (4) is structured such that the first height (H1) is greater than the second height (H2) and the first width (B1) is smaller than the second width (B2).
15. Spiralfeder (4) aus einem fotostrukturierbaren Werkstoff, mit einem Schwingbereich und einem Stabilisierungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im Schwingbereich zumindest einen ersten Teilbereich (10), einen sich an den ersten Teilbereich (10) in Richtung des inneren Endes (13) des Schwingungsbereichs anschließenden, zumindest zweiten15. Spiral spring (4) made of a photostructureable material, with an oscillation area and a stabilization area, characterized in that the spiral spring (4) in the oscillation area has at least a first partial area (10), one on the first partial area (10) in the direction of the inner End (13) of the vibration range adjoining, at least second
Teilbereich (11) und die sich in ihrem Querschnitt hinsichtlich dessen Größe, unterscheiden, umfasst. Partial area (11) and which differ in their cross section in terms of size.
16. Spiralfeder nach Anspruch 15, wobei der erste Teilbereich (10) eine erste Breite (B1) und eine erste Höhe (H1), und der zweite Teilbereich (1 1) eine zweite Breite (B2) und eine zweite Höhe (H2) besitzen, wobei die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite (B1) gleich der zweiten Breite (B2) ist, oder die erste Höhe (H1) gleich der zweiten Höhe (H2) und die erste Breite (B1) größer als die zweite Breite (B2) ist, oder die erste Höhe (H1) gleich der zweiten Höhe (H2) und die erste Breite (B1) kleiner als die zweite Breite (B2) ist, oder die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite (B1) größer als die zweite Breite (B2) ist, oder die erste Höhe (H1) größer ist als die zweite Höhe (H2) und die erste Breite16. Spiral spring according to claim 15, wherein the first portion (10) has a first width (B1) and a first height (H1), and the second portion (1 1) has a second width (B2) and a second height (H2). , where the first height (H1) is greater than the second height (H2) and the first width (B1) is equal to the second width (B2), or the first height (H1) is equal to the second height (H2) and the first Width (B1) is greater than the second width (B2), or the first height (H1) is equal to the second height (H2) and the first width (B1) is less than the second width (B2), or the first height ( H1) is greater than the second height (H2) and the first width (B1) is greater than the second width (B2), or the first height (H1) is greater than the second height (H2) and the first width
(B1) kleiner als die zweite Breite (B2) ist. (B1) is smaller than the second width (B2).
17. Spiralfeder nach den Ansprüchen 15 bis 16, wobei die mehreren der ersten Teilbereiche mit der ersten Höhe (H1) und der ersten Breite (B1) und die mehreren der zweiten Teilbereiche mit der zweiten Höhe (H2) und der zweiten17. Spiral spring according to claims 15 to 16, wherein the plurality of the first portions with the first height (H1) and the first width (B1) and the plurality of the second portions with the second height (H2) and the second
Breite (B2) im Schwingbereich der Spiralfeder regelmäßig angeordnet sind. Width (B2) are arranged regularly in the oscillation range of the spiral spring.
18. Spiralfeder nach den Ansprüchen 15 bis 16, wobei die mehreren der ersten Teilbereiche (10) mit der ersten Höhe (H1) und die mehrere der zweiten Teilbereiche (1 1) mit der zweiten Höhe (H2) im Schwingbereich der Spiralfeder18. Spiral spring according to claims 15 to 16, wherein the plurality of the first subregions (10) with the first height (H1) and the plurality of the second subregions (1 1) with the second height (H2) in the oscillation region of the spiral spring
(4) nach einem geometrischen Muster angeordnet sind. (4) are arranged according to a geometric pattern.
19. Spiralfeder nach den Ansprüchen 15 bis 18, wobei der fotostrukturierbare Werkstoff ein Glas ist. 19. Spiral spring according to claims 15 to 18, wherein the photostructureable material is a glass.
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