DE1915711B2 - Spiralfeder fuer die unruh einer armbanduhr - Google Patents

Description

parallel zur Achse der Unruhwelle. Die Ersparnis im verwendet, um der Spiralfeder eine Steifheit gegen senkrechten Raum kann bei elektronischen Klein- das Durchsacken, d. h. eine Abbiegung parallel zur uhren von besonderem Vorteil sein, wenn dort zwei Achse der Unruhwelle, zu verleihen. Beim Vergleich Spiralfedern in unterschiedlichen parallelen Ebenen mit einer Spiralfeder von rundem Querschnitt erangeordnet sind. Ferner wiegt eine Spiralfeder mit 5 fordert jedoch der rechteckige Querschnitt eine rundem Querschnitt hn Vergleich zu einer Spiralfeder größere Querschnittsfläche, um die gleiche Federkraft nut einem rechteckigen Querschnitt von gleicher zu erreichen. Mit anderen Worten, es kann durch Kraft und Länge weniger. Die leichtere Feder von eine Spiralfeder mit rundem Querschnitt in einem rundem Querschnitt hängt weniger durch, wenn die bestimmten Raum mehr Kraft erzeugt werden als Kleinuhr in ihrer senkrechten Lage ist, d. h. senkrecht 10 durch eine Feder mit rechteckigem Querschnitt. Bei zur Unruhachse. Hierdurch ergibt sich eine ver- einer Feder von rechteckigem Querschnitt ist das besserte Zeithaltung infolge eines geringeren Lage- Elastizitätsmoment (das Rückführdrehmoment) fehlere, da weniger schädliche Einflüsse auf die Zeithaltung in der senkrechten Lage vorhanden sind.

Ein Durchsacken, das in der horizontalen Lage der Uhr auftreten könnte, beeinflußt die Zeithaltung der Uhr nicht. Ferner kann die Spiralfeder mit rundem Querschnitt verhältnismäßig weniger durch Streumagnetfelder und durch Luftdruckänderungen beeinflußt werden. Ferner kann die runde Spiralfeder *o aus einem verhältnismäßig billigen und rundgezogenen Draht hergestellt werden.

Die nachfolgende Beschreibung enthält im Zusammenhang mit der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Zeichnung zeigt

F i g. IA eine Draufsicht auf eine bekannte Spiralfeder,

F i g. 1B einen Querschnitt entlang dev Linie A-A der Fig. IA,

F i g. 2 A eine Draufsicht auf eine Spiralfeder gemäß der Erfindung,

Fig. 2B einen Querschnitt nach Linie B-B der
F i e. 2 A und Wenn nun eine Spiralfeder mit einem runden

Fig. 3 eine schaubildliche schematische Ansicht Querschnitt mit einer Spiralfeder von rechteckigem einor elektrischen Uhr mit Spiralfedern gemäß 35 Querschnitt verglichen unter den folgenden Annah-F i g. 2 A und 2 B. men verwendet wird, so ergibt sich, daß eine recht-

üie übliche und bekannte Spiralfeder der F i g. 1A eckige Feder mit der gleichen Kraft wie eine runde und 1B besteht aus einem Streifen aus Federstahl, Spiralfeder eine Querschnittsfläche Ar hat, die mehr dessen Querschnitt rechteckig und gleichmäßig auf als zweimal so groß wie die Querschnittsfläche Ad der ganzen Länge ist. Die Höhe der Feder entspricht 40 einer runden Feder ist, d.h. Ar: Ad= 1,00: 0,46. der langen Seite des rechteckigen Querschnitts par- Dabei werden folgende Annahmen gemacht:

_. Ehw³ λ

Adf — —~ .

12/

In dieser Gleichung ist

E = Elastizitätskoeffizient,

w = Breite,

A — Höhe des Querschnitts.

Eine Feder mit rundem Querschnitt hat ein Elastizitätsmoment

M_d

4/

Hier ist

E = Elastizitätskoeffizient,
r = Radius des Querschnittes.

allel zur Achse der Unruhwelle. Die übliche Feder mit konstanter Steigung wird nach der folgenden Formel aufgewickelt:

ρ = A + ΚΘ.

45

In dieser Gleichung bedeutet:

ρ = Koordinate an einem Punkt der Spiralfeder, A = Konstante für den Innenradius der Spiral-

feder,
K — Konstante entsprechend der Steigung, d. h.

die Größe der Wölbung,
θ = Winkelkoordinate.

1. Es wird das gleiche Material verwendet, so daß E für beide Federn gleich ist;

2. beide Federn werden mit der gleichen Steigung aufgewickelt;

3. der Innenradius A der beiden Federn ist der gleiche;

4. die Länge / der beiden Federn ist gleich,

5. die Elastizitätsmomente beider Federn sind gleich, d. h. Md = Mr;

6. das Verhältnis von Breite w zu Höhe h ist beim rechteckigen Querschnitt wie bei üblichen Federn 1:5.

In einem speziellen Beispiel, das die Beziehung

Wenn eine Unruhwelle eine Nabe aufweist, die es Ar: Ad = 1,00:0,46 ergibt, sind die typischen Dierforderlich macht, daß die Spiralfeder einen be- mensionen einer rechteckigen Feder, beispielsweise stimmten Radius A hat, so wird die obige Formel einer Armbanduhr, im üblichen Verhältnis von vereinfacht zu η = ΚΘ, einer Gleichung, welche die Breite w: Höhe A = 1: 5, wobei die Breite 0,03 mm

und die Höhe 0,15 mm ist. Unter der Annahme von Md = Mr ergibt sich:

archimedische Kurve darstellt.

Die archimedische Kurve hat eine lange Geschichte, besonders; im Mittelalter, da sie beinahe magische Eigenschaften aufweist. Auf einer mehr praktischen Basis wurde die archimedische Kurve als ein relativ einfaches Element zum Messen von vorgewählten Toleranzen betrachtet. Sie ist ferner einfach in ihrer Herstellung.

Der rechteckige Querschnitt wird bei Spiralfedern

Ehw³ χ
12/

4/

Da der Elastizitätskoeffizient E, die Winkelkonstante λ und die Länge / als gleich für beide Federn, also die rechteckige und die runde Feder, ange-

Aw3	4
12	hw3
ATr =	12
Md-	jrr4

nommen werden, so wird die Gleichung (1) verein- eine oder mehrere der Forderungen für eine Spiral facht zu: feder erfüllt werden:

,γ> die durch theoretische Gleichungen der Chrono

5 metrie bestimmte Steigung,

das Resultat von experimentellen Prüfungen,
^a'^so , , die Kennlinie des Federmaterials,

(3) die Wärmebehandlung der Spiralfeder und de:

die Feder bildenden Drahtes,
_UIKI I₀ die mechanische Bearbeitung des Drahtes und

andere Verfahrensschritte.
(4)

Die Funktion G (0, /, k ...) ergibt die Steigung füi

Wenn die Werte w = 0,03 mm und h = 0,15 mm die Außenwindung der Spiralfeder. Die Außenin den Ausdruck (3) eingesetzt werden, so ergibt sich: »5 windung wird so ausgewählt, daß sie dem Regulatoi

angepaßt ist und damit der Takt festgelegt wird

0 15 (0 03)³ Vorzugsweise haben die inneren Windungen dei

Mt = —— = 33,8 · 10-*. Spiralfeder 10 gemäß F i g. 2 eine relativ kleinere

12 Steigung als die äußeren Windungen. Das Zusammen·

ao schlagen der Außenwindungen wird dadurch ver-Da Md gleich Mr ist, so folgt hieraus: mieden, daß sie in einem größeren Abstand gehalten

werden.
_πΓ4 _πΓ4 Als Beispiel für eine Spiralfeder gemäß der Er-

= Mr oder = 33,8 · 10"⁸. (5) findung hat die Spiralfeder zwölf vollständige Win-

4 4 _a5 d_ung_{en un}d ist mit einer Steigung der doppelten

Stärke der Spiralfeder an der ersten Windung bis zu

Beim Auflösen der Gleichung (5) für r ergibt sich ^einer endgültigen Steigung von drei oder vier odei

fünf aufgewickelt, wobei die Steigung kontinuierlich

4(33 8 10~⁸} ^{von zwe}' ^zu ^^re' ^Oi*^{er zu v}'^er °^^{er zu} ^*ⁿ* ^ste'Si·

r⁴ = —-—— — = 43 · 10-" 30 Diese Art einer Spiralfeder kann im Vergleich zu

» Spiralfedern mit einer konstanten Steigung eine

— 2 56 10-* = 0 0256 mm größere Länge innerhalb eines bestimmten Volumens

~ ' ' * haben, oder umgekehrt hat eine bestimmte Länge

einer Spiralfeder einen kleineren Außendurchmesser. Die Querschnittsfiäche der rechteckigen Feder ist 35 Die Spiralfeder gemäß der Erfindung mit einer

_{Ar = wh} = 0,03 · 0,15 = 0,0045 = 45 · lO-'mm². ™^cht gleichmäßigen Steigung und einem runden

Querschnitt kann in gunstiger Weise in einer elektro-

Die Querschnittsfiäche der runden Feder ist nischen Uhr verwendet werden. In der in F i g. 3

Ad = nr> = n- (0,0256)* = 20,6 · 10~W. dargestellten elektronischen Uhr ist ein Unruhkörper

40 20 auf einer Unruhwelle 21 angeordnet. Die Unruh-Das Verhältnis von Ar: Ad ist damit welle dreht sich frei in Stein- oder anderen Lagern

λ . AJ λ*. ιη-4·ιη< in-4 in einer Gestellplatte22 und einer Brücke23. Der

Ar. Ad = 45 · IU *: 2U,o · IU * „ *" _ . , „ . _

Unruhkorper 20 tragt eine runde Spule 24 mit zwei

oder Anschlüssen 26 und 26a. Die Spule 24 wirkt mit

^-. AA = ι 00 - 0 46 ^{45 e}'^ner Gruppe von drei Nord-Süd-Nord-Permanent-

~~ ' ' ' magneten 25 zusammen, die auf einer Jochplatte 25a

Die regelmäßige archimedische Kurve, d. h. eine befestigt sind. Ferner ist ein Stromkreis 27 über AnKurve von konstanter Steigung, wird in den üblichen Schlüsse 30 und 31 mit einer nicht dargestellten Batterie Spiralfedern allgemein benutzt, da der Gedanke weit oder einem Akkumulator verbunden. Der Stromverbreitet ist, daß sich hierdurch eine gleichmäßige 50 kreis 27 überträgt Impulse auf die Spule 24 während Federkraft ergibt, und wefl diese Feder Verhältnis- des Durchgangs durch die Magnetfelder der Permamäßig leicht aufzuwickeln ist. Eine Feder kann jedoch nentmagneten 25. Einzelheiten über den Stromkreis nach einer vorbestimmten Kurve, d. h. mit veränder- und die Magnetbauart können beispielsweise aus dem licher Steigung, gemäß der folgenden Formel ent- USA.-Patent 3 046 460 entnommen werden,
sprechend der Erfindung aufgewickelt werden: 55 Die Spulenanschlüsse 26 und 26a sind mit den ent-

λ = ,4 4- K(HF(B h r W sprechenden Stromkreisanschlüssen 30 und 31 über

+ KeIG(Lk ' y,'"" Spiralfedern 32 und 33 verbunden. Die Spiralfedern

haben einen runden Querschnitt und sind mit einer

In dieser Gleichung ist ungleichmäßigen Steigung aufgewickelt. Die eine

ρ = Koordinate an einem Punkt der Spiralfeder, ^6o ^¹^⁶⁰"³?^™¹-^¹¹¹,Spulenanschluß26 ver- A = Konstante entsprechend dem Innenradius ^™ ^md fändet sk* auf der einen Seite des Under Spiralfeder Tuhkorpers. Die andere, auf der anderen Seite des K = Steigung der Spiralfeder, Unruhkörpers befindliche Spiralfeder 33 ist am Spu-Θ = Wmkelkoordinate, lenanschluß 26a angeschlossen. Die äußeren Enden F = Funktion ^€s **^er Spiralfedern sind an Isoliersäulen 34, 35 der b c = Konstanten Gestellplatte bzw. der Brücke befestigt Ihre anderen * * Enden sind an Naben der Unruhwelle fest angebracht Die Funktion F (Θ, b, c ...) wird so gewählt, daß Ein auf dem Unruhkörper befestigter Antriebsstift

36 wirkt mit den Armen eines Gabelhebels 37 zusammen und schwenkt diesen hin und her. Der Gabelhebel 37 ist auf einer Welle 38 schwenkbar gelagert und hat nicht dargestellte Anschlagstifte, die seine Bewegung begrenzen. Mit den Zähnen eines Klinkenrades 40 wirkt ein am entgegengesetzten Ende des Gabelhebels befestigter Stift 39 zusammen, der das Klinkenrad 40 weiterschaltet. Die Bewegung des Klinkenrades 40 wird über eine übliche Räderkette an die Zeiger der Kleinuhr weitergegeben.

Soweit einzelne Teile aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Metall, bestehen, sind noch entsprechende Isolierungen vorgesehen. Diese sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Spiralfeder gemäß der Erfindung ist ebenfalls

zur Verwendung in mechanischen Uhren geeignet, die durch eine Zugfeder angetrieben sind. Die Zugfeder ist in einem Federhaus angeordnet, das äußere Zähne aufweist, und kann über eine Krone mit Hilfe von einem oder mehreren Rädern aufgezogen werden. Das Federhaus kämmt mit einer Gruppe von Rädern, um so die Zeiger anzutreiben. Die Freigabe der Energie der Hauptfeder wird über eine Hemmung gesteuert, die einen Hebel und eine Unruh, aufweist,

ίο wobei der Hebel schwenkbar ist und einen Impuls auf die Unruh ausübt. Die Unruh ist zwischen dem Gestell und einer Brücke schwenkbar angeordnet. Ferner ist eine Spiralfeder von rundem Querschnitt ungleichmäßiger Steigung zwischen der Brücke und

is einer Nabe der Unruhwelle angeschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

behandlung der Spiralfeder wird sorgfältig überwacht. Patentansprüche: Die Spiralfeder wird genauso aufgewickelt, daß die Steigung, cL h. die Krümmung, sich konstant ver-

1. Spiralfeder von vorbestimmtem Außendurch- ändert und der archimedischen Spiralformel folgt, messer und vorbestimmtem Rückführdrehmoment 5 Diese Art der Aufwicklung der Spiralfeder ergibt für die Unruh einer Armbanduhr, welche Spiral- insofern eine Schwierigkeit, als die äußeren Windunfeder aus einem einen schmalen Rechteckquer- gen so dicht beieinander sein können, daß sie beim schnitt aufweisenden Federdraht gebogen ist und Schwingen des Unruhkörpers, d. h. beim Aufwinden Windungen aufweist, die eine von der Innen- der Spiralfeder, gegeneinanderstoßen. Ein derartiges windung bis zur Außenwindung zunehmende io Aneinanderstoßen ergibt einen Verlust an Genauigkeit. Steigung zum Vermeiden des Aneinanderstoßens Was die Verwendung von Spiralfedern aus Rundder äußeren Windungen hat, gekennzeich- draht anbelangt, so war dies seit sehr langer Zeit net in Abwandlung dieser Spiralfeder durch bekannt, ja es kann gesagt werden, daß ursprünglich einen eines kreisrunden Querschnitt aufweisenden überhaupt nur Runddraht für Spiralfedern verwendet Federdraht und durch eine solche Anordnung der 15 wurde, da Runddraht leichter genau herzustellen zunehmenden Steigung bei der in Querrichtung und billiger ist Für ein bestimmtes Rückstelldrehvergrößerten Querschnittsabmessung dieses Feder- moment ergibt sich nun für einen bestimmten Drahtdrahtes, daß bei gleichem Außendurchmesser und querschnitt ein bestimmter Außendurchmesser, der entsprechendem Rückführdrehmoment die äußeren verhältnismäßig groß ist. Da gerade bei Armband-Windungen ausreichend voneinander entfernt sind. *o uhren wenig Platz vorhanden ist und die Tendenz

2. Spiralfeder nach Anspruch 1, dadurch ge- nach kleinen Armbanduhren stets vorhanden war, kennzeichnet, daß die Steigung kontinuierlich so wurde eine Spiralfeder aus Rechteckdraht gezunimmt, schaffen, die zwar teurer als die aus Runddraht ist,

3. Spiralfeder nach einem der Ansprüche 1 jedoch bei gleichem Rückstelldrehmoment einen oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung as kleineren Außendurchmesser aufweist. Dieser Vorteil um ungefähr 50 bis 150% zunimmt. war so groß, daß die Nachteile dieses Rechteckdrahtes

4. Spiralfeder nach Anspruch 1, dadurch ge- in Kauf genommen wurden.

kennzeichnet, daß die Steigung der Innenwindung Es ist nun bereits bekannt, daß das Aneinander-

der doppelten und die Steigung der Außenwindung stoßen der äußeren Windungen bei Spiralfedern von

der dreifachen, vierfachen oder fünffachen Stärke 30 Rechteckquerschnitt dadurch vermieden werden kann,

des Spiralfederdrahtes entspricht. daß die äußeren Windungen einen größeren Abstand

voneinander haben als die inneren (USA.-Patentschrift 2 209 127).

Bei Bekanntheit dieser Konstruktion war es jedoch

35 für den Fachmann nicht naheliegend, eine ähnliche Bauart mit einer Spiralfeder aus Runddraht zu ver-

Die Erfindung betrifft eine Spiralfeder für die Unruh suchen, weil er im Hinblick auf die bisherige Erfah-

einer Armbanduhr. rung annehmen mußte, daß dann die Größenverhält-

Ein zeithaltendes Gerät erfordert eine Vorrichtung, nisse auch im Hinblick auf die größere Querabmessung

um pinen regelmäßigen Takt zu erzeugen. Bei einer 40 von Runddraht ungünstiger werden, d. h. daß dann

Standuhr kann für diesen Takt ein schwingendes der Außendurchmesser für ein bestimmtes Rückführ-

Pendel verwendet werden. Bei kleineren Uhren, ins- drehmoment so groß wird, daß der Platz in einer

besondere tragbaren Uhren, wie Taschenuhren und Armbanduhr nicht mehr vorhanden ist oder, was noch

Armbanduhren, ist seit vielen Jahren eine sogenannte ungünstiger wäre, die Abmessungen der Armbanduhr

Unruh für diesen Zweck vorgesehen. Der Unruh- 45 vergrößert werden müßten. Gerade die Tatsache, daß

körper ist auf einer Unruhwelle befestigt, die in La- Spiralfedern aus Runddraht eine uralte Bauart dar-

gern, wie beispielsweise Steinlagern, sich frei drehen stellen und ihre Vor- und Nachteile jedem Uhrmacher

kann. Der Unruhkörper schwingt mittels einer Spiral- bekannt waren, zeigt die Richtigkeit des obenerwähn-

feder und einer Impulsvorrichtung hin und her. Die ten Verhaltens der Fachwelt.

Spiralfeder ist üblicherweise in einer Anzahl von 50 Der Erfindung liegt daher die für den Fachmann Windungen aufgewickelt und aus einem Federstahl nicht naheliegende Aufgabe zugrunde, eine Rundgebildet, der einen rechteckigen Querschnitt hat. drahtspiralfeder mit einem vorbestimmten Rückstell-Mechanische Kleinuhren verwenden eine einzige drehmoment und einem vorbestimmten Außendurch-Spiralfeder. Bei elektrischen Uhren ist es ebenfalls messer zu schaffen, wobei beide Werte einer Spiralbekannt, eine einzige Spiralfeder zu benutzen, die 55 feder mit Rechteckquerschnitt entsprechen, um bei den elektrischen Strom einer Spule zuführt, wenn dieser Spiralfeder das Zusammenschlagen der äußeren diese Spule auf der Unruh angeordnet ist. Windungen zu vermeiden. Diese Aufgabe wird gemäß Die Spiralfeder ist bei einer Kleinuhr maßgebend der Erfindung dadurch gelöst, daß die zunehmende für die richtige Zeithaltung. Wenn sich die Federkraft Steigung bei der in Querrichtung vergrößerten Querder Spiralfeder ändert, beispielsweise infolge von 60 schnittsabmessung dieses Federdrahtes so angeordnet Temperaturänderungen, einer längeren Benutzung wird, daß bei gleichem Außendurchmesser und ent- oder durch den Einfluß von Magnetismus, so leidet sprechendem Rückführdrehmoment die äußeren Windarunter die Genauigkeit der Uhr. düngen ausreichend auseinander sind.

Die übliche, für Kleinuhren verwendete, einen Die Spiralfeder wird also mit ihren Windungen

rechteckigen Querschnitt aufweisende Spiralfeder ist 65 dem Inneren zu dichter gewickelt als außen, so daß

als Ergebnis einer Forschung über eine Zeitdauer ein Zusammenprallen der äußeren Windungen ver-

von vielen Jahren aus teueren Stahllegierungen hoher hindert wird. Der runde Querschnitt der Spiralfeder

Qualität hergestellt. Die Reinigung und die Wärme- erfordert einen geringen senkrechten Raum, d. h.