WO2013056706A1 - Schwingsystem für mechanische uhrwerke - Google Patents

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WO2013056706A1
WO2013056706A1 PCT/DE2012/100327 DE2012100327W WO2013056706A1 WO 2013056706 A1 WO2013056706 A1 WO 2013056706A1 DE 2012100327 W DE2012100327 W DE 2012100327W WO 2013056706 A1 WO2013056706 A1 WO 2013056706A1
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spring
region
coil spring
stabilization
spiral
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PCT/DE2012/100327
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Inventor
Petra Damasko
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Petra Damasko
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    • G—PHYSICS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a vibration system for mechanical movements.
  • the balance comprises a vibrating body, which is mounted pivotably about an axis of rotation by means of a balance shaft. Further, a vibrating or spiral spring or balance spring is provided, which forms the oscillatory and clocking system together with the mass of the oscillating body.
  • the active spring length is included the length of the coil spring which is effective during swinging, that is subject to 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).
  • tolerances can not be excluded. This applies, as stated, to a greater extent for spiral springs 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.
  • a possible constant and permanently unchanged vibration behavior of a vibration system represents the ultimate goal in the field of mechanical movements.
  • the "oscillation range" of the helical spring is the spiral length of the spring in which the oscillation proceeds unhindered. - -
  • 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 hst which is at least 1% less than the average height h sc in the inner oscillation range.
  • the spiral spring has an average width bst in the outer stabilization region radially to the axis of the spiral spring, which is at least 1% larger than the average width b sc in the inner vibration region.
  • 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.
  • 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:
  • the height is reduced by 1% with a simultaneous increase in the width of the coil spring by 1% Increase of the second moment of area by 2%.
  • the ratio of the mass of the stabilization area to the mass of the oscillation area results as follows: - -
  • the average height h st is obtained by reducing the height by 1% while increasing the width of the coil spring by 1% 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.
  • 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. - -
  • average height or the average width of a helical spring is understood to mean the mean value of the spring length that is normalized over the respective spring length or the varying width of a helical spring.
  • Coil springs are usually manufactured for manufacturing reasons with a constant height and a constant width, but which may differ between the vibration range and the stabilization range. For various reasons, however, it may happen that a spiral spring has varying height or varying width in the oscillation range and / or in the stabilization range.
  • the total spring length is composed of the inner vibration region and the outer stabilization region.
  • the overall spring length of the coil spring extends from the inner coil spring end to the outer spring stop point.
  • the inner end of the vibration region is located at the point where the oscillation region of the coil spring merges with the coil spring attachment section which serves to fix the coil spring to the balance shaft.
  • the outer spring retention point is determined either by a fixed spring retention point or by the position of a recoiler.
  • the outer stabilizing portion corresponds to a portion of the coil spring extending from the spring-holding point toward the oscillation portion of the coil spring, the boundary between the stabilizing portion and the oscillating portion being set by the average height h st of the coil spring being at least 1% smaller in its stabilizing range the average height h sc of the coil spring in its inner oscillation range and at the same time the average width b st of the spiral spring in their - -
  • Stabilization is at least 1% larger than the average width b sc of the coil spring in the inner vibration range.
  • the boundary between the stabilization area and the oscillation area is immediately apparent because of a discontinuity in height and a discontinuity in width corresponding to one step.
  • the boundary between stabilization area and oscillation area can be determined by the person skilled in the art with the aid of simple measurements.
  • the point at which the average height of the area adjoining the spring support point in the direction of the oscillation area is at least 1% lower can be calculated by a simple mathematical evaluation as the height of the area adjoining the coil spring attachment portion toward the outer stabilization area. Also, the point at which the average width of the area adjoining the spring stop point in the direction of the oscillation area is larger by at least 1% than the width of the area adjoining the coil spring attachment section toward the outer stabilization area can be calculated. The point from which both conditions are met is the boundary between "inner oscillation range” and "outer stabilization range”.
  • the limit for each coil spring can be determined unambiguously by a measurement that is easy to carry out for the person skilled in the art and can be easily evaluated.
  • the corresponding limit can be determined by calculating the point at which the average height or width of the area adjoining the spring stop point in the direction of the oscillation area is at least 10% or one of corresponding lower preferred value - less than or greater than the height or width of the adjoining the inner coil spring attachment portion in the direction of the externa ßeren stabilization region range.
  • the coil spring in the outer stabilization region has an average height h st which is at least 2% or 3% or 4% or 5% or 6% or 7% or 8% or 9% or 10% less than the average height h sc in the inner oscillation range.
  • the spiral spring in the outer stabilization region has an average height h st which is at least 12% or 14% or 16% or 18% or 20% or 22% or 24% or 25% less than the average height h sc in the interior vibration region.
  • the spiral spring in the outer stabilization region has an average height h st which is at least 30% or 35% or 40% or 45% or 50% less than the average height h sc in the inner oscillation range.
  • the spiral spring has a constant height h sc in the inner oscillation range.
  • the spiral spring has a constant height h st in the outer stabilization region.
  • a constant height brings with it manufacturing advantages, since, for example, a smaller number of etching masks is used in etching processes.
  • the spiral spring in the outer stabilization region radially to the axis of the coil spring has an average width b st , which is at least 2% or 3% or 4% or 5% or 6% or 7% or 8% or 9% or 10% greater than the average width b sc in the inner oscillation range.
  • the coil spring in the externa ßeren stabilization region has an average width - -
  • coil spring in the outer stabilization region has an average width b st which is at least 30% or 35% or 40% or 45% or 50% greater than the average width b sc in the inner oscillation range.
  • an additional mass provided in the outer stabilization region improves the oscillatory behavior of the spiral spring. By broadening the spring in the stabilization region, such an additional mass can be provided, although the spring in this region has a reduced height compared to the inner vibration region.
  • the width, which has the coil spring in the stabilization region about twice the width correspond to the coil spring has au outside the stabilization region. If this spiral spring has a height in the stabilization region which corresponds approximately to half the height which the spiral spring has outside the stabilization region, then the geometric cross-sectional shape of the spiral spring is changed, but its mass per unit length remains constant. At the same time, however, the area moment of inertia is increased, whereby the desired optimal behavior of the spiral spring in the oscillating state of the oscillatory system, i. the avoidance of the displacement of the coil spring results.
  • the stabilization of the oscillatory behavior of the spiral spring is further improved if at least one stabilization factor for the spiral spring, namely the area inertia stabilization factor (r) FT) and / or the spring constant stabilization factor (r) k) is described below Way is chosen.
  • the coil spring consists of an inner oscillation area and an outer stabilization area in which the height - -
  • the inner vibration range extends over an angle range of 0 ° to 9A, i. from the inner end of the vibration region to the beginning of the outer stabilization region.
  • the externa ßere stabilization range is in the angular range 9A to 9E and extends to the outer spring support point.
  • the slope of the loop geometry can be of any functional connection.
  • a helical spring with a linear pitch is used by way of example.
  • 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 hst parallel to its axis which is at least 1% less than the average height h sc in the inner oscillation range.
  • the radius r (9) of the spiral spring is a function of the angle 9 and is generally defined by the following relationship:
  • the angle 9A which describes the beginning of the stabilization region and the
  • Angle 9E which determines the overall length of the coil spring, can be freely selected. From empirical measurements ideal values for achieving a stable behavior were determined.
  • angle values 9A and 9E are assigned the associated lengths LA and LE.
  • LA is the total spring length up to the angle 9A with the relationship
  • LE is the spiral length or length of the coil spring up to the angle 9E, with the relationship
  • 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.
  • the parameter values are determined so that the respective physical size of the stabilization range from LA (9A) to LE (9E) into
  • the reference coil spring is a spring that - -
  • the determined stabilization factor r) FT and n.k. is thus influenced only by the stabilizing measures in the outer region of the spiral spring.
  • 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:
  • 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).
  • the stabilization factor r) FT is chosen to be in the range 10 ⁇ r) FT ⁇ 65. - -
  • the stabilizing factor nk is the ratio of the spring constant of the stabilizing angle range 9A to 9E to the spring constant of the oscillation range 0 to 9A and this in comparison to the ratio of the spring constant in the analog angular ranges of the reference coil spring:
  • kSchwing ⁇ 0 - M) sprial are k stabi
  • the stabilization factor nk is chosen such that it lies in the range 1, 5 .s nk ⁇ 65, preferably in the range 1, 5 ⁇ nk ⁇ 25.
  • the average height h sc and the average width b sc of the coil spring in its inner oscillation range and the average height h st and the average width b st of the coil spring in its outer stabilization region are coordinated such that a
  • Area moment of inertia stabilization factor has a value lying in a predetermined setpoint range associated with the area inertia stabilization factor (nFT) and / or a spring constant stabilization factor (nk) having a predetermined setpoint area associated with the spring constant stabilization factor (nk), - -
  • the area moment of inertia stabilization factor being represented by the ratio of a first quotient to a second quotient, the first quotient being the ratio of the area moment of inertia of the outer stabilization area of the spiral spring to the area moment of inertia of the inner oscillation area of the spiral spring and the second quotient the ratio of the area moment of inertia of one corresponding spring length to the area moment of inertia of the spring portion corresponding spring length of a reference coil spring, according to the formula
  • 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 inertia of the reference spring as a function of spring length (I), wherein the setpoint of the area moment of inertia (nFT) setpoint range between 10 and 65
  • the spring constant stabilizing factor (nk) 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 portion of the coil spring to the spring constant of the inner oscillating portion of the spiral spring and the second quotient the ratio of Spring constants of a spring length corresponding to the stabilization region to the spring constant of a spring length of a reference coil spring corresponding to the vibration region, according to the formula - -
  • it is at the outer spring support point to a fixed Ansteckddling or it is the externa ßere spring holding point formed by a back.
  • the stabilization region preferably extends over an angular range of 10 ° to 360 °, particularly preferably from 20 ° to 270 °, particularly preferably from 30 ° to 180 °, very particularly preferably from 40 ° to 100 ° .
  • the stabilization region extends over an angular range of at least 10 °, particularly preferably of at least 20 °, particularly preferably of at least 30 °, very particularly preferably of at least 40 °, of at least 60 °, at least 90 ° or at least 120 ° ,
  • the angular range extends from the outer spring-holding point in the direction of the oscillation range of the spiral spring.
  • the spiral spring preferably consists of a non-metallic material, preferably of diamond or of silicon with a coating of silicon oxide.
  • the present invention also includes a mechanical timepiece with a mechanical vibration system, wherein the vibration system is configured as described above.
  • the present invention also includes a method of adjusting a mechanical movement oscillating system as described above comprising the step of adjusting the total spring length (LE) by changing the outer spring stopping point.
  • the externa ßere spring holding point is after setting fixed Ansteckddling.
  • the outer spring holding point is adjusted with a gearing.
  • FIG. 1 shows by way of example a perspective view of a vibration system for mechanical watches
  • FIG. 2 shows a section along a plane receiving the axis of the balance-wave shaft through the oscillating system according to FIGS
  • Fig. 3 by way of example a perspective side view of the exempted
  • FIGS. 1 to 3 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.
  • 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.
  • the hub portion 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 Au chseite forms a positive connection with the hub portion 2.3 of the flywheel.
  • the flywheel is rotatably connected to the balance shaft 3.
  • several inertia 2.4 are attached at the rotation center of the flywheel facing inside of the externa ßeren circular ring section 2.1 several inertia 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.
  • 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.
  • 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 with the spiral spring axis, which coincides with the axis UA of the balance shaft 3.
  • 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.
  • Die Garar Ben 5 comprises at least one holding arm 6 and a holding element 7 which is slidably mounted in the region of the externa ßeren free end of the support arm 6 along the longitudinal axis LHA of the lever arm 6.
  • the holding arm 6 has an inner retaining arm 6.1 and an externa ßeres retaining arm
  • the inner retaining arm 6.1 forms an open circular ring and in the region of the externa ßeren retaining arm 6.2 6.2 an elongated guide recess 6.3 is provided.
  • 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 ,
  • 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.
  • a screw 8 By means of the screw 8, which through the elongated guide recess
  • the holding member 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 holding member 7 are perpendicular to each other.
  • a plane receiving the longitudinal axis LHE of the main body 7.1 divides the guide recess 7.3 approximately into two opposite, equal halves of the fork-shaped lower free end of the holding element 7.
  • the coil spring center is adjustable, and preferably such that the Spiralfederringabête 4.3 each have the same distance from one another and extend concentrically about the axis UA.
  • 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 raw material (wafer) of silicon, for example of polycrystalline silicon, e.g. made of a starting material obtained by epitaxial deposition, e.g. using a masking etch process, such that the integrally formed coil spring 4 having a plurality of turns 9 is fastened to the balance shaft 3 with the inner spiral spring attachment section 4.1 and is designed with an outer stabilization region LS.
  • the externa ßere stabilization region LS is in the region of the outer winding and extends over an angular range ⁇ of 100 °.
  • the stabilization region LS is formed in the illustrated embodiment in that the spiral spring 4 has an enlarged width radially to its spring axis and a reduced height parallel to its spring axis.
  • the stabilizing area LS extends from the spring stopping point 13 to the beginning of the oscillation area, wherein the boundary between stabilizing area and oscillation area is to be determined as defined above.
  • Stabilization area LS changed cross-sectional geometry is achieved an increase in the area moment of inertia and prevents displacement of the coil spring 4 when swinging the vibration system.
  • the active length extends from the inner end connected to the coil spring attachment section 4.1 and indicated at 12 in FIG. 4 to the spring stop 13. In the embodiment shown in FIGS Connection of the outer coil spring sections 4.3 formed with the support member 7.
  • the frequency of the vibration system is set, for example, by appropriate choice of the mass of the flywheel 2 provided on the flywheel 2.4.
  • flywheel masses 2.4 are preferably used, which have a different height parallel to the axis UA of the balance shaft 3 in order to achieve a different mass in the axial direction.
  • the spiral spring 4 is made of silicon in a masking-etching process.
  • the production method eg masking-etching method
  • the spring stop point is positioned in the stabilization region, that an optimal vibration behavior is achieved.
  • the length ratio of stabilization region to vibration region and an optimal amplitude for the vibration of the vibrating body 2 can be achieved, for example in an angular range between 280 ° and 330 °, again in spite of tolerances of the spring or driving force housed in a spring housing drive spring.
  • a spring-holding point 13 would be fixed after setting.
  • a so-called gearers 15 which is essentially formed by a pivotable about the axis of the balance shaft 3 lever 16.
  • the lever 16 has a receptacle 17 formed, for example, by two pins, in which the spiral spring 4 engages and thus forms the spring-holding point.
  • the coil spring 4 is connected at 18 fixed to a circuit board or a bearing plate.
  • the receptacle 17 of the reminders 15 forms a solid spring support point.
  • 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.
  • the coil spring 4 shown in Figure 5 has a total of 10 turns and an externa ßeren stabilization region LS, which in turn adjoins the length LA of the inner oscillation range to externa ßeren spring holding point, which determines the total length of the coil spring 4.
  • the stabilization region LS extends over an angle ⁇ 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 reminder 15 formed spring holding point extends.
  • 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.

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Abstract

Beschrieben wird ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufweisend einen Schwingkörper (2), eine um eine Achse UA schwenkbar gelagerte Unruhwelle (3) und eine Spiralfeder (4) mit einer Gesamtfederlänge LE, wobei sich die Gesamtfederlänge LE aus einem inneren Schwingungsbereich mit einer Schwingungsfederlänge LA und einem äußeren Stabilisierungsbereich mit einer Stabilisierungsfederlänge LS zusammensetzt. Die Spiralfeder (4) ist mit einem Spiralfederbefestigungsabschnitt (4.1) mit der Unruhwelle (3) verbunden und umschließt die Unruhwelle (3). Die Spiralfeder (4) ist im äußeren Stabilisierungsbereich an einem Federhaltepunkt (13) gehalten oder eingespannt, wobei sich die Gesamtfederlänge LE von dem inneren Ende (12) des Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt (13) erstreckt. Die Spiralfeder (4) weist in ihrem inneren Schwingungsbereich parallel zu der mit der Achse UA der Unruhwelle zusammenfallenden Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Höhe hsc und radial zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Breite bsc auf. Die Spiralfeder (4) 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. Außerdem weist die Spiralfeder (4) 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.

Description

Schwingsystem für mechanische Uhrwerke
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke.
Stand der Technik
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 Schwing- oder Spiralfeder bzw. Unruhfeder vorgesehen, die zusammen mit der Masse des Schwingkörpers das schwingungsfähige und taktgebende System bildet.
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.
Bekannt ist auch, die Schwing- oder Spiralfeder eines mechanischen Schwingsystems im Bereich der äu ßeren 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.
Ein möglichst konstantes und dauerhaft unverändertes Schwingverhalten eines Schwingsystems stellt im Bereich der mechanischen Uhrwerke das anzustrebende Ziel schlechthin dar.
Darstellung der Erfindung
Hier setzt die Erfindung an. Es soll ein Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufgezeigt werden, mit dem trotz Fertigungstoleranzen der Spiralfeder ein verbessertes Schwingungsverhalten der Spiralfeder erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Schwingsystem für mechanische Uhrwerke gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Aspekte, Details und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren.
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. - -
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. - -
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:
FT = h*b3
Figure imgf000006_0001
dFT
dFT Λ7, dFT ,
&t T =—— * An + AB
Oh OD
Figure imgf000006_0002
Bei konstant bleibender Masse:
Figure imgf000006_0003
Damit ergibt sich die prozentuelle Änderung zu:
&FT _ &b
FT b
oder
Figure imgf000006_0004
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. - -
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:
Für den Schwingungsbereich ergibt sich für das Flächenträgheitsmoment:
FT, Für den Stabilisierungsbereich ergibt sich für das Flächenträgheitsmoment:
FT, 3
Erfindungsgemäß weist die Spiralfeder im äu ßeren Stabilisierungsbereich parallel zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Höhe hst auf, die zumindest 1 % geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich, es gilt also: hst = 0,99 ■ hsc. 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, woraus sich ergibt: bst = 1 ,01 ■ bsc.
Für das Verhältnis der Flächenträgheitsmomente ergibt sich damit:
FTst / FTSC = (hst-bst 3)/(hsc-bSc3) = (0,99-hsc-(1 ,01 -bsc)3)/(hsc-bsc 3) = 0,99-1 ,013 = 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 = (hst-bst)/(hsc-bsc) = (0,99-hsc-1 ,01 -bSc) (hsc-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.
Als weiteres einfaches Beispiel sei eine Spiralfeder genannt, bei der im Stabilisierungsbereich die Breite um 100% (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. Au ßerdem 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. - -
Unter der „durchschnittlichen Höhe" bzw. der „durchschnittlichen Breite" einer Spiralfeder wird der auf die entsprechende Federlänge normierte Mittelwert der über die jeweilige Federlänge variierenden Höhe bzw. variierenden Breite einer Spiralfeder verstanden. Üblicherweise werden Spiralfedern aus fertigungstechnischen Gründen mit einer konstanten Höhe und einer konstanten Breite, die sich aber zwischen Schwingungsbereich und Stabilisierungsbereich unterscheiden kann, gefertigt. Aus verschiedenen Gründen kann es aber vorkommen, dass eine Spiralfeder im Schwingungsbereich und/oder im Stabilisierungsbereich variierende Höhe bzw. variierende Breite aufweist. Da sich die durch die vorliegende Erfindung ergebende Verbesserung des Schwingungsverhaltens auch in diesen Fällen einstellt, solange nur die durchschnittliche Höhe der Spiralfeder in ihrem Stabilisierungsbereich um wenigstens 1 % geringer ist als die durchschnittlich Höhe im Schwingungsbereich, wird auf die oben definierte„durchschnittliche Höhe" bzw.„durchschnittliche Breite" abgestellt.
Wie oben bereits beschrieben setzt sich die Gesamtfederlänge aus dem inneren Schwingungsbereich und dem äu ßeren Stabilisierungsbereich zusammen. Nachfolgend soll die Abgrenzung der beiden Bereiche „innerer Schwingungsbereich" und„äußerer Stabilisierungsbereich" klar gestellt werden. Die Gesamtfederlänge der Spiralfeder erstreckt sich von dem inneren Spiralfederende bis zu dem äu ßeren Federhaltepunkt. Das innere Ende des 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 äußere Stabilisierungsbereich entspricht einem Abschnitt der Spiralfeder, der sich von dem Federhaltepunkt in Richtung des Schwingungsbereichs der Spiralfeder erstreckt, wobei die Grenze zwischen Stabilisierungsbereich und Schwingungsbereich dadurch festgelegt ist, dass die durchschnittliche Höhe hst der Spiralfeder in ihrem Stabilisierungsbereich zumindest 1 % geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc der Spiralfeder in deren inneren Schwingungsbereich und gleichzeitig die durchschnittliche Breite bst der Spiralfeder in ihrem - -
Stabilisierungsbereich zumindest 1 % größer ist als die durchschnittliche Breite bsc der Spiralfeder in deren inneren Schwingungsbereich. Im Falle konstanter Höhen hst und hsc und konstanter Breiten bst und bsc ist die Grenze zwischen Stabilisierungsbereich und Schwingungsbereich sofort offensichtlich, da eine Unstetigkeit in der Höhe und eine Unstetigkeit in der Breite entsprechend einer Stufe ausgebildet sind. Im Falle variierender Höhen hst und hsc und variierender Breiten bst und bsc kann die Grenze zwischen Stabilisierungsbereich und Schwingungsbereich durch den Fachmann mit Hilfe einfacher Messungen bestimmt werden. Nach der Bestimmung der Höhe und der Breite der Spiralfeder in definierten Längenabschnitten über die gesamte Federlänge hinweg kann durch eine einfache mathematische Auswertung der Punkt berechnet werden, an dem die durchschnittliche Höhe des an den Federhaltepunkt in Richtung des Schwingungsbereichs anschließenden Bereichs um mindestens 1 % geringer ist als die Höhe des an den Spiralfederbefestigungsabschnitt in Richtung des äußeren Stabilisierungsbereichs anschließenden Bereichs. Ebenso kann der Punkt berechnet werden, an dem die durchschnittliche Breite des an den Federhaltepunkt in Richtung des Schwingungsbereichs anschließenden Bereichs um mindestens 1 % größer ist als die Breite des an den Spiralfederbefestigungsabschnitt in Richtung des äußeren Stabilisierungsbereichs anschließenden Bereichs. Der Punkt, ab dem beide genannten Bedingungen erfüllt sind, stellt die Grenze zwischen „innerem Schwingungsbereich" und „äußerem Stabilisierungsbereich" dar. Obwohl also die Grenze zwischen „innerem Schwingungsbereich" und „äußerem Stabilisierungsbereich" bei Inaugenscheinnahme einer bestimmten Spiralfeder nicht sofort offenbar ist, kann die Grenze für jede Spiralfeder durch eine für den Fachmann leicht durchzuführende und einfach auswertbare Messung eindeutig bestimmt werden. Analog kann im Zusammenhang mit den nachfolgend näher beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen die entsprechende Grenze dadurch bestimmt werden, dass der Punkt berechnet wird, an dem die durchschnittliche Höhe bzw. Breite des an den Federhaltepunkt in Richtung des Schwingungsbereichs anschließenden Bereichs um mindestens 10% - oder einem der entsprechenden bevorzugten Ausführungsform entsprechenden Wertes - geringer bzw. größer ist als die Höhe bzw. Breite des an den inneren Spiralfederbefestigungsabschnitt in Richtung des äu ßeren Stabilisierungsbereichs anschließenden Bereichs. - -
Bevorzugt weist die Spiralfeder im äußeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Höhe hst auf, die zumindest 2% oder 3% oder 4% oder 5% oder 6% oder 7% oder 8% oder 9% oder 10% geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich. Besonders bevorzugt weist die Spiralfeder im äußeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Höhe hst auf, die zumindest 12% oder 14% oder 16% oder 18% oder 20% oder 22% oder 24% oder 25% geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich. Insbesondere bevorzugt weist die Spiralfeder im äußeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Höhe hst auf, die zumindest 30% oder 35% oder 40% oder 45% oder 50% geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich.
Mit einer Veränderung der Querschnittsgeometrie der Spiralfeder im Stabilisierungsbereich durch eine Verringerung der Höhe bei gleichzeitiger Vergrößerung der Breite wird eine zunehmende Vergrößerung des Flächenträgheitsmomentes und ein zunehmend stabileres Schwingverhalten der Spiralfeder erreicht. Durch ein einfaches Drehen der rechteckigen Querschnittsfläche einer üblichen Spiralfeder um 90 ° wird ohne Veränderung der Masse eine Zunahme des Flächenträgheitsmomentes und eine damit einhergehende Stabilisierung des Schwingverhaltens der Spiralfeder erreicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Spiralfeder im inneren Schwingungsbereich eine konstante Höhe hsc auf. Besonders bevorzugt weist die Spiralfeder im äußeren Stabilisierungsbereich eine konstante Höhe hst auf. Eine konstante Höhe bringt fertigungstechnische Vorteile mit sich, da z.B. in Ätzverfahren eine geringere Zahl an Ätzmasken zur Verwendung kommt. Bevorzugt weist die Spiralfeder im äußeren Stabilisierungsbereich radial zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Breite bst auf, die zumindest 2% oder 3% oder 4% oder 5% oder 6% oder 7% oder 8% oder 9% oder 10% größer ist als die durchschnittliche Breite bsc im inneren Schwingungsbereich. Besonders bevorzugt weist die Spiralfeder im äu ßeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Breite - -
bst auf, die zumindest 12% oder 14% oder 16% oder 18% oder 20% oder 22% oder 24% oder 25% größer ist als die durchschnittliche Breite bsc im inneren Schwingungsbereich. Insbesondere bevorzugt weist Spiralfeder im äußeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Breite bst auf, die zumindest 30% oder 35% oder 40% oder 45% oder 50% größer ist als die durchschnittliche Breite bsc im inneren Schwingungsbereich. Bekanntermaßen verbessert eine im äußeren Stabilisierungsbereich vorgesehene zusätzliche Masse das Schwingverhalten der Spiralfeder. Durch eine Verbreiterung der Feder im Stabilisierungsbereich kann eine solche zusätzliche Masse vorgesehen werden, obwohl die Feder in diesem Bereich eine im Vergleich zum inneren Schwingungsbereich verringerte Höhe aufweist.
Alternativ kann aber auch eine Spiralfeder eingesetzt werden, die ohne zusätzliche Masse im Stabilisierungsbereich auskommt. Beispielsweise kann die Breite, die die Spiralfeder im Stabilisierungsbereich aufweist, etwa dem Doppelten der Breite entsprechen, die die Spiralfeder au ßerhalb des Stabilisierungsbereichs besitzt. Weist diese Spiralfeder im Stabilisierungsbereich eine Höhe auf, die etwa der Hälfte der Höhe entspricht, die die Spiralfeder au ßerhalb des Stabilisierungsbereichs besitzt, so wird zwar die geometrische Querschnittsform der Spiralfeder verändert, ihre Masse pro Längeneinheit bleibt aber konstant. Gleichzeitig wird aber das Flächenträgheitsmoment erhöht, wodurch sich das angestrebte optimale Verhalten der Spiralfeder im schwingenden Zustand des Schwingsystems, d.h. die Vermeidung der Verlagerung der Spiralfeder ergibt.
Nach einer weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis wird die Stabilisierung des Schwingverhaltens der Spiralfeder dann noch weiter verbessert, wenn wenigstens ein Stabilisierungsfaktor für die Spiralfeder, nämlich der Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (r)FT) und/oder der Federkonstantestabilisierungsfaktor (r)k) in der nachstehend beschriebenen Weise gewählt wird.
Die nachfolgenden Überlegungen, die sich mit den Maßnahmen zur Stabilisierung des Schwingverhaltens der Spiralfeder und deren Grundlagen befassen, gehen davon aus, dass sich die Spiralfeder aus einem inneren Schwingungsbereich und aus einem äußeren Stabilisierungsbereich zusammensetzt, in dem die Höhe - -
verringert und optional die Breite vergrößert sind. Der innere Schwingungsbereich erstreckt sich dabei über einen Winkelbereich von 0 ° bis 9A, d.h. vom inneren Ende des Schwingungsbereichs bis an den Anfang des äußeren Stabilisierungsbereichs. Der äu ßere Stabilisierungsbereich liegt im Winkelbereich 9A bis 9E und erstreckt sich bis an den äußeren Federhaltepunkt.
Grundgeometrie der Spiralfeder 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(9) der Spiralfeder ist eine Funktion des Winkels 9 und wird allgemein durch folgende Beziehung definiert:
Hß) ■■= rö +/{ &) Für eine lineare Steigung der Spiralfeder gilt:
r(d) == r0 +— ·θ
2·π
Hierbei sind:
rO = Radius an der Stelle (9=0)
P = Steigungsfaktor der Spiralfeder - -
Der Winkel 9A, der den Beginn des Stabilisierungsbereiches beschreibt und der
Winkel 9E, der die Gesamtlänge der Spiralfeder festlegt, können frei gewählt werden. Aus empirischen Messungen wurden Idealwerte zur Erreichung eines stabilen Verhaltens ermittelt.
Die zugehörige Bezugsfeder zur Spiralfeder ist eindeutig definiert durch das verwendete Material, den Anfangsradius rO, die Anfangsgeometrie an der Stelle 9=0 und die aktive Länge der Spirale LE, bzw. dem Endwinkelwert 9E. Zur
Vereinfachung werden den Winkelwerten 9A und 9E die zugehörigen Längen LA und LE zugeordnet.
LA ist die Gesamtfederlänge bis zum Winkel 9A mit der Beziehung
Figure imgf000014_0001
LE ist die Spiralenlänge oder Länge der Spiralfeder bis zum Winkel 9E, mit der Beziehung
Figure imgf000014_0002
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.
Grundsätzlich werden die Parameterwerte so ermittelt, dass die jeweilige physikalische Größe des Stabilisierungsbereiches von LA (9A) bis LE (9E) ins
Verhältnis zum Schwingungsbereich von 0 bis LA (9A) 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 r)FT und n.k wird also nur durch die stabilisierenden Maßnahmen im Außenbereich der Spiralfeder beeinflusst.
Stabilisierungsfaktor r|FT
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 imgf000015_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).
Um eine optimale Stabilisierung des Schwingverhaltens der Spiralfeder zu erreichen, ist der Stabilisierungsfaktor r)FT so gewählt, dass er im Bereich 10 <r)FT < 65 liegt. - -
Stabilisierungsfaktor n.k
Der Stabilisierungsfaktor nk ist das Verhältnis der Federkonstanten des stabilisierenden Winkelbereiches 9A bis 9E zur Federkonstanten des Schwingungsbereiches 0 bis 9A und dies im Gesamtvergleich zum Verhältnis der Federkonstanten in den analogen Winkelbereichen der Bezugsspiralfeder:
"■stabiljüA - $E)
kSchwing{0 - M ) Spriale
Figure imgf000016_0001
hierbei sind kstabi| 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 nk so gewählt, dass er im Bereich 1 ,5 .s nk < 65, bevorzugt im Bereich 1 ,5 < nk < 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 (nFT) einen in einem dem Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (nFT) zugeordneten, vorbestimmten Sollwertbereich liegenden Wert aufweist und/oder ein Federkonstantestabilisierungsfaktor (nk) einen in einem dem Federkonstantestabilisierungsfaktor (nk) zugeordneten, vorbestimmten Sollwertbereich liegenden Wert aufweist, - -
wobei sich der Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (nFT) durch das Verhältnis eines ersten Quotienten zu einem zweiten Quotienten darstellt, wobei der erste Quotient das Verhältnis des Flächenträgheitsmomentes des äu ßeren 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
Figure imgf000017_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 (nFT) zugeordnete Sollwertbereich zwischen 10 und 65 liegt, wobei sich der Federkonstantestabilisierungsfaktor (nk) durch das Verhältnis eines ersten Quotienten zu einem zweiten Quotienten darstellt, wobei der erste Quotient das Verhältnis der Federkonstanten des äu ßeren 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 - -
stabil(M - üE)
"Schwingt - M) Spriale
Figure imgf000018_0001
Bezugsspirale wobei kstabi| 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.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem äußeren Federhaltepunkt um einen festen Ansteckpunkt oder es ist der äu ßere Federhaltepunkt durch einen Rücker gebildet.
In Kombination mit allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erstreckt sich der Stabilisierungsbereich bevorzugt über einen Winkelbereich von 10° bis 360 °, besonders bevorzugt von 20 ° bis 270°, insbesondere bevorzugt von 30 ° bis 180 °, ganz besonders bevorzugt von 40° bis 100 °. Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen erstreckt sich der Stabilisierungsbereich über einen Winkelbereich von mindestens 10 °, besonders bevorzugt von mindestens 20°, insbesondere bevorzugt von mindestens 30°, ganz besonders bevorzugt von mindestens 40°, von mindestens 60°, mindestens 90° oder mindestens 120 °. Wie bereits erläutert erstreckt sich der Winkelbereich ab dem äußeren Federhaltepunkt in Richtung des Schwingungsbereichs der Spiralfeder.
Bevorzugt besteht die Spiralfeder aus einem nichtmetallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Diamant oder aus Silizium mit einer Beschichtung aus Siliziumoxid. - -
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem eine mechanische Uhr mit einem mechanischen Schwingsystem, wobei das Schwingsystem wie oben beschrieben ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zum Einstellen eines Schwingsystems für mechanische Uhrwerke wie oben beschrieben umfassend den Schritt Einstellen der Gesamtfederlänge (LE) durch Änderung des äußeren Federhaltepunktes. Bevorzugt ist der äu ßere Federhaltepunkt ein nach dem Einstellen fester Ansteckpunkt. Besonders bevorzugt wird der äußere Federhaltepunkt mit einem Rücker eingestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 beispielhaft eine perspektivische Ansicht eines Schwingsystems für mechanische Uhren,
Fig. 2 beispielhaft einen Schnitt entlang einer die Achse der Unruhwelle aufnehmenden Ebene durch das Schwingsystem gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 beispielhaft eine perspektivische Seitenansicht der freigestellten
Komponenten des Schwingungssystems gemäß Fig. 1 und 2;
Fig. 4 in Einzeldarstellung und in Draufsicht eine erfindungsgemäße
Spiralfeder mit festem Federhaltepunkt;
Fig. 5 in Einzeldarstellung und in Draufsicht eine erfindungsgemäße
Spiralfeder mit Rücker. - -
Wege zur Ausführung der Erfindung
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.
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 Au ßenseite 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 äu ßeren 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.
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.
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. 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 äu ßeren freien Endes des Haltearms 6 entlang der Längsachse LHA des Hebelarms 6 verschiebbar befestigt ist.
Der Haltearm 6 weist ein inneres Haltearmende 6.1 und ein äu ßeres Haltearmende
6.2 auf, wobei das innere Haltearmende 6.1 einen offenen Kreisring ausbildet und im Bereich des äu ßeren 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.
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.
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 äu ßeren 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.
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.
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 Ausgangsmaterial (Wafer) aus Silizium, beispielsweise aus polykristallinem Silizium, z.B. aus einem durch epitaktisches Abscheiden gewonnenen Ausgangsmaterial hergestellt, z.B. unter Verwendung eines Maskierungs-Ätz- Verfahrens, und zwar derart, dass die einstückig ausgebildete und mehrere Windungen 9 aufweisende Spiralfeder 4 mit dem inneren Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 an der Unruhwelle 3 befestigt und mit einem äußeren Stabilisierungsbereich LS ausgeführt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich der äu ßere Stabilisierungsbereich LS im Bereich der äußeren Windung und erstreckt sich über einen Winkelbereich α von 100°.
Der Stabilisierungsbereich LS ist bei der dargestellten Ausführungsform dadurch gebildet, dass die Spiralfeder 4 radial zu ihrer Federachse eine vergrößerte Breite und parallel zu ihrer Federachse eine verringerte Höhe aufweist. Der Stabilisierungsbereich LS erstreckt sich vom Federhaltepunkt 13 bis zum Beginn des Schwingungsbereichs, wobei die Grenze zwischen Stabilisierungsbereich und Schwingungsbereichs wie oben definiert zu bestimmen ist. Durch die im - -
Stabilisierungsbereich LS geänderte Querschnittsgeometrie wird eine Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes erzielt und eine Verlagerung der Spiralfeder 4 beim Schwingen des Schwingsystems verhindert. Die aktive Länge, die den Stabilisierungsbereich einschließt, erstreckt sich ausgehend von dem inneren, mit dem Spiralfederbefestigungsabschnitt 4.1 verbundenen und in der Figur 4 mit 12 bezeichneten Ende bis zu dem Federhaltepunkt 13. 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 Frequenz des Schwingsystems wird beispielsweise durch entsprechende Wahl der Masse der an dem Schwungrad 2 vorgesehenen Schwungmasse 2.4 eingestellt. Verwendet werden hierfür bevorzugt Schwungmassen 2.4, die zur Erzielung einer unterschiedlichen Masse in der Achsrichtung parallel zur Achse UA der Unruhwelle 3 eine unterschiedliche Höhe aufweisen.
Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass die Spiralfeder 4 aus Silizium in einem Maskierungs-Ätz-Verfahren gefertigt ist. Um die erforderliche Festigkeit und Temperaturunabhängigkeit zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Spiralfeder 4 bzw. einen diese Feder bildenden Rohling an den Oberflächen durch thermische Behandlung mit einer Siliziumoxid-Schicht zu versehen. Durch das Herstellungsverfahren (z.B. Maskierungs-Ätz-Verfahren) ergeben sich nicht unerhebliche Toleranzen der Form der Spiralfeder 4. Um dennoch ein für das Verhalten der Spiralfeder 4 im Schwingsystem günstiges Längenverhältnis von Stabilisierungsbereich zu Schwingungsbereich zu erreichen, ist der Federhaltepunkt im Stabilisierungsbereich so positioniert, dass ein optimales Schwingverhalten erreicht wird. Mit der Einstellung des Längenverhältnisses von Stabilisierungsbereich zu Schwingungsbereich werden auch negative Einflüsse auf das Schwingverhalten des Schwingsystems eliminiert, die aus Toleranzen der Feder- oder Antriebskraft einer z.B. in einem Federgehäuse untergebrachten Antriebsfeder resultieren, insbesondere auch einer solchen Antriebsfeder, die zur Erhöhung der Federkraft - -
oder zur Verlängerung der Gangzeit, beispielsweise mit Diamant, beschichtet ist. Weiterhin kann durch Einstellung des Längenverhältnisses von Stabilisierungsbereich zu Schwingungsbereich auch eine optimale Amplitude für die Schwingung des Schwingkörpers 2 erreicht werden, beispielsweise in einem Winkelbereich zwischen 280° und 330 °, und zwar wiederum trotz Toleranzen der Feder- oder Antriebskraft einer im Federgehäuse untergebrachten Antriebsfeder.
Im Zusammenhang mit der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform wurde von einem nach der Einstellung festen Federhaltepunkt 13 ausgegangen. Wie in Figur 5 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.
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.
Die in Figur 5 gezeigte Spiralfeder 4 weist insgesamt 10 Windungen und einen äu ßeren Stabilisierungsbereich LS auf, welcher sich wiederum an die Länge LA des inneren Schwingungsbereiches zum äu ßeren 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. - -
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.
Bezugszeichenliste
1 Schwingsystem bzw. Unruh
2 Schwungkörper
2.1 äußerer Kreisringabschnitt
2.2 Speichen
2.3 Nabenabschnitt
2.4 Schwungmasse
3 Unruhwelle
3', 3" Wellenabschnitte
3.1 oberes freies Ende
3.2 unteres freies Ende
4 Spiralfeder
4.1 Spiralfederbefestigungsabschnitt
4.3 Spiralfederringabschnitte
4.4 äußeres Federende
5 Halteanordnung
6 Haltearm
6.1 inneres Haltearmende
6.2 äußeres Haltearmende
6.3 längliche Führungsausnehmung
7 Haltelement
7.1 Grundkörper
7.1 1 obere Stirnseite
7.12 untere Stirnseite 7.2 Sacklochbohrung
7.3 Führungsausnehmung
8 Schraube
9 Windung
1 1 .1 - 1 1 .4 Abschnitte des Stabilisierungsbereichs LS
12 inneres Ende des Schwingungsbereichs
13 Federhaltepunkt
14 Spiralfederlänge
15 Rücker
16 Hebel
17 Aufnahme
18 Befestigung
UA Achse der Unruhwelle
A radialer Abstand
LHA Längsachse des Hebelarms
LHE Längsachse des Hebelelements
α Winkelerstreckung des Stabilisierungsbereichs LS
LA Schwingungsbereich
LS Stabilisierungsbereich

Claims

Patentansprüche
Schwingsystem für mechanische Uhrwerke aufweisend einen Schwingkörper (2), eine um eine Achse (UA) schwenkbar gelagerte Unruhwelle (3) und eine Spiralfeder (4) mit einer Gesamtfederlänge, wobei sich die Gesamtfederlänge aus einem inneren Schwingungsbereich mit einer Schwingungsfederlänge (LA) und einem äu ßeren Stabilisierungsbereich mit einer Stabilisierungsfederlänge (LS) zusammensetzt,
wobei die Spiralfeder (4) durch einen die Unruhwelle (3) umschließenden Spiralfederbefestigungsabschnitt (4.1 ) mit der Unruhwelle (3) verbunden ist, wobei die Spiralfeder (4) im äußeren Stabilisierungsbereich an einem Federhaltepunkt (13) gehalten oder eingespannt ist,
wobei sich die Gesamtfederlänge von einem inneren Ende (12) des inneren Schwingungsbereichs bis zu dem äußeren Federhaltepunkt (13) erstreckt, wobei die Spiralfeder (4) in ihrem inneren Schwingungsbereich parallel zu der mit der Achse (UA) der Unruhwelle zusammenfallenden Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Höhe hsc und radial zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Breite bsc aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im äußeren Stabilisierungsbereich parallel zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Höhe hst aufweist, die zumindest 1 % geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich und
dass die Spiralfeder (4) 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.
Schwingsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im äu ßeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Höhe hst aufweist, die zumindest 10% geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich.
Schwingsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im äu ßeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Höhe hst aufweist, die zumindest 25% geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich.
4. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im äußeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Höhe hs, aufweist, die zumindest 50% geringer ist als die durchschnittliche Höhe hsc im inneren Schwingungsbereich.
5. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im gesamten inneren
Schwingungsbereich eine konstante Höhe hsc aufweist.
6. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im gesamten äußeren Stabilisierungsbereich eine konstante Höhe hs, aufweist.
7. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im äußeren Stabilisierungsbereich radial zur Achse der Spiralfeder eine durchschnittliche Breite bst aufweist, die zumindest 10% größer ist als die durchschnittliche Breite bsc im inneren
Schwingungsbereich.
8. Schwingsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im äußeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Breite aufweist, die zumindest 20% größer ist als die durchschnittliche Breite bsc im inneren Schwingungsbereich.
9. Schwingsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im äußeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Breite bst aufweist, die zumindest 30% größer ist als die durchschnittliche Breite bsc im inneren Schwingungsbereich.
10. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) im äußeren Stabilisierungsbereich eine durchschnittliche Breite bst aufweist, die zumindest 50% größer ist als die durchschnittliche Breite bsc im inneren Schwingungsbereich.
Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
Figure imgf000029_0001
gekennzeichnet, dass 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 sind, dass ein Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (r)FT) einen in einem dem Flächenträgheitsmomentestabilisierungsfaktor (r)FT) zugeordneten, vorbestimmten Sollwertbereich liegenden Wert aufweist und/oder ein Federkonstantestabilisierungsfaktor (r)k) einen in einem dem Federkonstantestabilisierungsfaktor (r)k) 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 äu ßeren Stabilisierungsbereichs der Spiralfeder (4) zu dem Flächenträgheitsmoment des inneren Schwingungsbereichs der Spiralfeder (4) 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
Figure imgf000029_0002
wobei FT(I) der Verlauf des Flächenträgheitsmomentes der Spiralfeder (4) 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 äu ßeren Stabilisierungsbereichs der Spiralfeder (4) zur Federkonstanten des inneren Schwingungsbereichs der Spiralfeder (4) 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 stabil(M - üE)
"Schwingt - M) Spriale
Figure imgf000030_0001
Bezugsspirale wobei kstabi| die Federkonstante des Stabilisierungsbereichs der Spiralfeder (4), kschwing die Federkonstante des Schwingungsbereiches der Spiralfeder (4) 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 Gesamtfederlänge der Spiralfeder (4) 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.
12. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem äu ßeren Federhaltepunkt (13) um einen festen Ansteckpunkt handelt oder der äu ßere Federhaltepunkt (13) durch einen Rücker (15) gebildet ist.
13. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stabilisierungsbereich über einen Winkelbereich zwischen 30 ° und 1000 erstreckt.
14. Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (4) aus einem nichtmetallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Diamant oder aus Silizium mit einer Beschichtung aus Siliziumoxid hergestellt ist.
15. Mechanische Uhr mit einem mechanischen Schwingsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Verfahren zum Einstellen eines Schwingsystems für mechanische Uhrwerke gemäß den Ansprüchen 1 bis 14 umfassend den Schritt Einstellen der Gesamtfederlänge durch Änderung des äu ßeren Federhaltepunktes (13).
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Federhaltepunkt ein nach dem Einstellen fester Ansteckpunkt (13) ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der äu ßere Federhaltepunkt (13) durch einen Rücker (15) gebildet ist.
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