DE1915711B2 - Spiralfeder fuer die unruh einer armbanduhr - Google Patents
Spiralfeder fuer die unruh einer armbanduhrInfo
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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
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
Md
4/
Hier ist
E = Elastizitätskoeffizient,
r = Radius des Querschnittes.
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.
K — Konstante entsprechend der Steigung, d. h.
die Größe der Wölbung,
θ = Winkelkoordinate.
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/
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,
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
UIKI I0 die mechanische Bearbeitung des Drahtes und
andere Verfahrensschritte.
(4)
(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-
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 dungen und 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-
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)
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.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US72527568A | 1968-04-30 | 1968-04-30 | |
US72527568 | 1968-04-30 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1915711A1 DE1915711A1 (de) | 1969-11-20 |
DE1915711B2 true DE1915711B2 (de) | 1973-02-08 |
DE1915711C DE1915711C (de) | 1973-08-23 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2007280A1 (fr) | 1970-01-02 |
GB1196579A (en) | 1970-07-01 |
DE1915711A1 (de) | 1969-11-20 |
US3528237A (en) | 1970-09-15 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |