DE102010021985A1

DE102010021985A1 - Hemmungsfreie Gangregulierung mechanischer Uhren

Info

Publication number: DE102010021985A1
Application number: DE201010021985
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-29
Filing date: 2010-05-29
Publication date: 2011-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft zwangsgeführte Konstruktionen, die die Gangregulierung mechanischer Uhren bei definierter Schwingungsweite ohne Hemmung ermöglichen. Hierbei wird ein Teil der Antriebsenergie über entsprechende Kinematik zur Kompensation der Reibung auf das Takt gebende Schwingungssystem übertragen, so dass sich stabil sowohl die Eigenfrequenz einstellt bzw. je nach Energieanteil über- oder unterschritten wird. Neben dem Gravitationspendel und Drehschwinger ist jetzt auch ein Linearschwinger als Taktgeber vorgesehen. Ein elastisches Speicherelement reduziert, wenn nötig, bzw. kompensiert ungleichmäßig angreifende Kräfte.

Description

Die Erfindung betrifft eine zwangsgeführte Konstruktion, die die Gangregulierung mechanischer Uhren ohne Hemmung ermöglicht.
Stand der Technik:
Moderne mechanische Uhren erzielen ihre Gangregulierung durch reibungsbehaftete Schwingungssysteme der folgenden Form,
wobei zwei Energiesysteme periodisch ineinander umgewandelt werden und die Schwingungsdauer T bestimmen.
Die kontinuierlich auftretende Reibung wird durch Impulse – indirekt hervorgerufen durch die Antriebsenergie – des Hemmungsrades kompensiert. Dieses wird üblicherweise über Zahnräder vom Energielieferanten-Feder oder Gewichtangetrieben und durch das Eigenschwingungssystem Unruhe-Spiralfeder bzw. Pendel im Gravitationsfeld über einen speziellen Eingriff- zumeist Anker- nur Zahn um Zahn vorwärtsgetrieben. Hierbei kann es geschehen, z. B. bei heftig bewegten Armbanduhren, dass der Anker nicht rechtzeitig eingreift und das so genannte Galoppieren (Drehung des Hemmungsrades um mehrere Zähne bei einer Schwingung) auftritt. Zudem wird die Hemmungskonstruktion mechanisch belastet, da die Kompensation des Reibungstermes meistens durch einen Impuls erfolgt und somit keine sanfte über die gesamte Schwingungszeit einwirkende Kraft ermöglicht.
Prinzip der Erfindung:
Das schwingungsfähige System (GL-1) wird bisher im Prinzip durch ein „Zerhacken des Kontibetriebes” – Anker mit Hemmung – einer quasi Digitalisierung zugeführt, so dass das Reibungsglied kompensiert wird. Besser aber ist es, ein analoges Schwingungssystem derart zu erzeugen, so dass gilt φ .. + aφ . + bφ = F(φ) GL-2
Technische Umsetzung:
Beispielhaft wird die Erfindung gemäß Prinzipskizze Abb-1 (Abbildungen am Ende des Textes) für das Pendel erläutert. Die Zugkraft F wird über eine entsprechende Kinematik (üblicherweise Getriebe) erzeugt und kompensiert momentan winkelabhängig bzw. integral über die Schwingungsdauer die Reibungskraft. Hierbei existiert über die zwangsgeführte Konstruktion eine eindeutige geometrische Korrelation zwischen dem Winkel α des Kompensationsrades ZR1 und dem Pendelwinkel φ‚ so dass der geforderte Differenzialgleichungstyp – GL-2 – gemäß nachfolgender Darstellung existiert (siehe Anhang). m·l·φ .. + kφ . + m·g·φ = F· s / l GL-3
Der Reibungsterm kann auch durch k·φ .² dargestellt werden. Wesentlich ist, dass die Kompensationskraft den Reibungsterm während des Schwingungsvorganges kompensiert entweder bei der Eigenschwingung des Systems oder in einem anderen Frequenzbereich. Dies bestätigt ein einfaches Modell gemäß bei welchem die oszillierende Kompensationskraft – nicht wie in 1 – aus konstruktiven Gründen über eine Schubstange unterhalb des Pendelgewichtes an der Pendelstange angreift. Die Kraft wird über zwei Zahnradsätze durch ein Gewicht mit Seilscheibe erzeugt. Aufgrund der nicht gleichmäßig anfallenden Reibungskraft des Systems wurde das Antriebsgewicht überdimensioniert und erzeugt eine höhere Frequenz als die Systemeigenfrequenz (Tab-1).

L (wirksame Pendellänge [m]) 0,16 0,32 F(0,16):F(0,32)

Fe (Eigenfrequenz des Systems [1:s]) 1,246 0,882 1,414

Fm (gemessene Frequenz [1:s]) 2,77 2,0 1,385

Tab-1: Frequenzmessung des Pendelsystems
Die dritte Spalte der Tab-1 liefert im Rahmen der Messgenauigkeit die √ Abhängigkeit von der Pendellänge. Im Prinzip wird das reibungsbehaftete Schwingungssystem durch eine vom Antrieb erzeugte oszillierende Kraft bewegt, wobei das Schwingungssystem der eigentliche Taktgeber ist, der je nach oszillierender Kraft die Eigenschwingung oder eine abweichende Schwingungsfrequenz erzeugt. Für das schwingungsfähige System gemäß 1 erhält man (siehe Anhang) die folgende analytische Lösung,
die mit
die Lösung der Eigenschwingung repräsentiert.
Angewendet auf GL-4 erhält man GL-7, φ .. + g / lφ + cosωt / m·l(kφ_oω – φ s / l) = 0 GL-7
Deren exakte Lösung nur gilt, wenn der Klammerausdruck = 0 ist.
Qualitativ kann man interpretieren, dass bei positivem bzw. negativem Klammerausdruck die Reibungskraft >< Kompensationskraft die tatsächliche Frequenz erniedrigt bzw. erhöht.
Als Kompensationskraft sind auch andere kinematische Lösungen denkbar. Das Wesen der Erfindung ist, dass das Reibungsglied (linear oder nichtlinear) über den Zeitraum einer Schwingung durch einen Teil der Antriebsenergie „zwangskompensiert” wird (beispielhaft 2).
[Für die Zeigerbewegung und die weitere Kinematik steht ein anderer Teil der Antriebsenergie zur Verfügung]
Neben dem Pendel im Gravitationsfeld existieren als mechanische Oszillatoren der lineare Schwinger aus Feder-Masse und der Drehschwinger als Spiralfeder-Unruhe (Massenträgheitsmoment).
Analog zum Pendel wird die oszillierende Bewegung über die Antriebskinematik direkt oder indirekt gemäß beispielhafter Skizzen (3–7) erzeugt (andere Lösungen denkbar). Für den Linearschwinger gilt, wie für die anderen Schwingungssysteme, dass die Rotation des Antriebsrades (das Antriebsgewicht des Pendels – siehe 1 – wird auch in eine Drehbewegung überführt) als Kompensationskraft in eine Oszillation transformiert wird. Als weiteres Element kann hier ein elastisches Element – z. B. Feder – eingesetzt werden (auch für andere Schwingungssysteme denkbar), das als Energiespeicher ungleichmäßig anfallende Kräfte kompensiert. Es sollte aber auf keinen Fall das eigentliche Schwingungssystem Pendel, Drehschwinger bzw. Linearschwinger beeinflussen.

Claims

Ersatz der Hemmung mechanischer Uhren durch eine „Hemmungsfreie Gangregulierung”, die die Antriebsenergie kontrolliert abruft. Hierbei wird ein Teil der Antriebsenergie durch Umwandlung – siehe Text Seite 2 – von Rotation in Oszillation zwangsgeführt auf das Takt gebende Schwingungssystem Gravitationspendel, Drehschwinger bzw. Linearschwinger (Pkt. 4) übertragen. [Für die Zeigerbewegung und weitere Teile der Kinematik steht ein anderer Teil der Antriebsenergie zur Verfügung.]
Die Art der schutzwürdigen Konstruktionen ist in den 1–7 beispielhaft dargestellt. Dabei kann die Art der kinematischen Konstruktion auch andere Detaillösungen beinhalten. Schutzwürdig ist die Idee, die Umwandlung von Rotation (Teil der Antriebsenergie) in die Oszillation, die zwangsgeführt auf das Schwingungssystem zur Kompensation deren Reibung wirkt und zudem ein mögliches Galoppieren verhindert.
Hemmungsfreie Gangregulierung, deren Energie zur Kompensation der bei der Schwingung auftretenden Reibung genutzt wird, so dass a) die Eigenfrequenz der verschiedenen Systeme (siehe Punkt 1) sich jeweils stabil einstellt b) alternativ die Eigenfrequenz des jeweiligen Schwingungssystem auf konstantem Niveau unter- bzw. überschritten wird (analog der mathematischen Ableitung im Anhang und der Experimente am Beispiel des Gravitationspendels).
Einführung eines Linearschwingers (beispielhaft in 6 u 7) – alternativ zum Drehschwinger und Gravitationspendel – als Takt gebendes Schwingungssystem.
Konstruktive mögliche zusätzliche Einführung eines elastischen Speicherelementes (beispielhaft gemäß 7 als Feder), welches ungleichmäßig angreifende Kräfte reduziert, aber nicht oder nur unbedeutend das taktgebende Schwingungssystem beeinflusst.
Die zwangsgeführte Geometrie zwingt das Takt gebende Schwingungssystem während des Uhrbetriebes zu einer konstanten Amplitude. Diese kann konstruktiv beeinflusst werden beispielsweise durch Veränderung des Radius (1, 7, 5 u 8), des Gleitsteinabstandes (2 u 6), der Zahnräder (3 u 4), usw.