Ankerrad für Uhrwerke von Armbanduhren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ankerrad aus Stahl für Uhrwerke von Armbanduhren mit Kolbenzahnankergang.
Von den beiden bei einer Ankerhemmung zusammenwirkenden Uhrwerkteilen muss, wie bei jeder gleitenden Reibung, der eine Teil aus einem relativ weichen, der andere aus einem relativ harten Werkstoff bestehen.
Bei der Stiftenankerhemmung (Roskopf) bestehen daher die Stifte meist aus Stahl, das Hemmungsrad dagegen meist aus Messing. Die Reibung zwischen den Stiften einerseits und den Zähnen des Hemmungsrades anderseits ist gering, da sich diese Teile stets nur längs einer achsparallelen Mantellinie des Stiftes berühren. Besondere Massnahmen zur Reibungsminderung brauchen nicht getroffen zu werden.
Bei dem für genauer gehende Uhren allein verwendbaren Kolbenzahnankergang trägt der Anker mit den Ankerradzähnen zusammenarbeitende Hebesteine (Paletten) aus Edelstein, die härter sind als der in diesem Fall für das Ankerrad verwendete Stahl. Beim Gang der Uhr gleitet die Hebefläche der Ankerradzähne über die Hebefläche der Paletten so, dass bei jeder Hebung zeitweise Flächenannäherung besteht. Um die Klebewirkung des Öls zwischen der Hebefläche des Ankerradzahnes und der Palette zu verringern, müssen die sich einander nähernden Flächen so klein wie möglich sein, dies ganz besonders bei Armbanduhrwerken, bei denen die Kraftverhältnisse viel ungünstiger liegen als bei grösseren Uhren. Da die Breite der Palette gegeben ist, können die genannten Flächen nur dadurch klein gehalten werden, dass die Hebefläche des Ankerradzahnes so schmal wie möglich gemacht wird.
Die Uhrwerke von Armbanduhren sind ursprünglich durch lineare Schrumpfung der Uhrwerkteile der Taschenuhren entstanden. Die andersartigen Anforderungen, die an Armbanduhren gestellt werden, z. B.
die rauhere Beliandlung, wurden konstruktiv nicht berücksichtigt, einen Abfall der Ganggenauigkeit gegen über Taschenuhren nahm man in Kauf.
Erst viel später wurden dann durch Einsatz von Speziallegierungen für Zugfedern, Spiralfedern und Unruhreifen Fortschritte in der Ganggenauigkeit erzielt.
Auch mit dem schon bei Uhrwerken für Taschenuhren seit nahezu einem Jahrhundert bestehenden Problem der Verringerung des Trägheitsmomentes des Ankerrades beschäftigte man sich bei den Uhrwerken für Armbanduhren.
Von der Herabsetzung des Trägheitsmomentes des Ankerrades versprach man sich nämlich mit Recht eine Herabsetzung des Kraftverlustes, eine Erhöhung der Beschleunigung, eine Vergrösserung der Unruh Amplitude und damit höhere Ganggenauigkeit und durch exaktere Zeitteilung einen konstanteren Gang.
Die Vergrösserung der Unruh-Amplitude würde eine Herabsetzung des Drehmomentes der Zugfeder zur Vermeidung von Prellungen nötig machen, was wiederum Verbesserungen an der Zugfeder zur Folge hätte, die dann auch wieder auf die Ganggenauigkeit zurückwirkt. Auch eine z. B. durch Vergrösserung der Zahl der Zähne angestrebte Erhöhung der Schlagzahl und damit der Ganggenauigkeit ergibt sich bei der Verminderung des Trägheitsmomentes von selbst.
Zur Verminderung des Trägheitsmomentes ist es z. B. bekanntgeworden, für das Ankerrad nicht Stahl, sondern eine Metallegierung von geringem spezifischem Gewicht zu verwenden. (Deutsches Gebrauchsmuster 1 798 191.) Doch erwies sich diese Legierung aus anderen Gründen für die fabrikmässige Uhrenherstellung als unbrauchbar.
Die Ankerräder in den Uhrwerken für Taschenuhren sind aus verhältnismässig dickem Stahlblech gestanzt. Da, wie oben erläutert, die Hebefläche des Ankerradzahns so klein wie möglich gehalten werden müssen, schliff man den Ankerradzähnen für Kolbenzahnankergang ein Biseau an. Dieses Beseau wurde bei der linearen Schrumpfung der Uhrwerkteile für die Uhrwerke von Armbanduhren achtlos übernommen.
Gemäss der Schweizer-Uhren-Norm weist das dünnste Ankerrad aus Stahl für Kolbenzahnanker von Armbanduhren eine Dicke von 0,15 mm auf. Während das angeschliffene Biseau die Breite der Hebefläche der Zähne auf t/3 bis t/2 der Dicke des Ankerrades bringt.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass die seit hundert Jahren gesuchte Lösung der Aufgabe, das Trägheitsmoment des Ankerrades herabzusetzen, sich gerade und nur aus der Tatsache ergibt, dass das Biegemoment des Rades je nach der Form des betrachteten Querschnitts der 2. bis 4. Potenz der Radiuslänge proportional ist, d. h. wenn man den Anker radradius des Armbanduhrwerks gegenüber dem Ankerradradius des Taschenuhrwerks linear verkleinert, kann man ohne einen Stabilitätsverlust befürchten zu müssen, die Blechdicke sehr viel mehr als nur linear verkleinern, z. B. bis zur Breite der Hebefläche. Diese Erkenntnis kann man bekannten Vorschlägen (französische Patentschrift Nr. 1 266 803) das Biseau bei Ankerrädern fortzulassen nicht entnehmen. Die Dicke des Ankerrades wird hier nicht geändert (vgl. auch Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 017 986).
Die Praxis bewies, dass der Gedanke, das Ankerrad im ganzen so dünn zu machen, wie die Hebefläche breit ist, einwandfrei zu verwirklichen ist. Weder brachen die zarten Zähne beim Zeigerstellen von Hand ab, wie die Fachleute befürchteten, noch ergaben sich für die Befestigung so dünner Räder an den Wellen unüberwindliche Schwierigkeiten.
Überraschenderweise ergab sich aus der Verminderung des Trägheitsmomentes eine unerwartet grosse Weg-Zeit-Verkürzung, die man nicht einmal auf dem bekannten aber komplizierten und teuren Wege der Zahnzahlerhöhung (von 15 auf 21) erreichen konnte.
An Hand des nachstehenden Ausführungsbeispiels soll dies näher erläutert werden:
An einem 5t/2-linigen Damenarmbanduhrwerk wurden folgende Werte ermittelt:
Ein wie bekannt biseautiertes Ankerrad mit einer Dicke von 0,17 mm erreichte mit einem seiner Kolbenzähne die Hebungsfläche der Ankerplatten nach 63/io msec und musste bis dahin 1,6 Winkelgrade zurücklegen. Ein in das gleiche Uhrwerk eingebautes Ankerrad der Erfindung, das im ganzen 0,08 mm dick war, erreichte die Hebefläche bereits nach 32/10 msec und hatte daher nur 0,8 Winkelgrade zurückgelegt.
Das bedeutet, dass bei Verwendung eines Ankerrades der Erfindung die Antriebskraft weit vor der Mittellage der Unruhe einsetzt und daher über einen grösseren Teil des Bewegungswinkels wirken kann, als bei den bekannten Ankerrädern.
Hierdurch ist es möglich geworden, das Drehmoment der Triebfeder um etwa 17 % herabzusetzen. Der Vorgang entspricht bei einem Kolbenexplosionsmotor etwa der Frühzündung.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung ist:
Fig. 1 ein Schnitt nach Fig. 3 durch einen Zahn mit der Palette der bisherigen Form,
Fig. 2 ein gleicher Schnitt durch einen Zahn bei einem Ankerrad gemäss der Erfindung und
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Ankerrad nach Fig. 1 oder 2.
In der Zeichnung ist 2 der Zahn, 3 der Hebestein (Palette), 4 die Zahnschräge (Biseau), 5 ist die Hebefläche am Ankerradzahn und 6 die Ruhefläche.
Abgesehen von der eingangs erwähnten wesentlichen Herabsetzung des Trägheitsmomentes mit allen ihren oben erwähnten Vorteilen haben die biseaulosen dünnen Ankerräder der Erfindung noch eine ganze Reihe weiterer überraschender, d. h. nicht ohne weiteres voraussehbarer Vorteile. Nachstehend seien einige aufgezählt:
1. Die Ankerräder werden aus Stahlblech ausgestanzt und dann durch Fräsen ausgeformt. Beim Ausstanzen der Radrohlinge für Ankerräder gemäss der Erfindung entsteht geringer Werkzeugverschleiss (Lebensdauer des Stanzwerkzeugs 1: 3 heraufgesetzt). Auch kann härterer Werkstoff verwendet werden, was eine grössere Genauigkeit der Zahnteilung gewährleistet.
2. Beim Verzahnen, das bekanntlich paketweise erfolgt, können etwa die doppelte Anzahl Räder wie bisher gleichzeitig mit Zähnen versehen werden.
3. Da sich die dünnen Räder beim Ausstanzen weniger deformieren als die dickeren, kann der Arbeitsgang des beiderseitigen Planschleifens entfallen.
4. Der Arbeitsgang des Zahnschrägschleifens (mit Spezialmaschine) entfällt ganz.
5. Beim Schleifen der Hebungsflächen, das paketweise erfolgt, können die doppelte Anzahl Räder wie bisher gleichzeitig geschliffen werden.
6. Beim Ruheilächenschleifen, das gleichfalls paketweise erfolgt, können ebenso die doppelte Anzahl Räder gleichzeitig geschliffen werden.
7. Das Rad der Erfindung lässt sich leichter axial flach richten als die bekannten und löst sich bei diesem Arbeitsgang weniger leicht von seiner Vernietung am Trieb.
8. Das Ankerrad der Erfindung kann beiderseits bis zu den Zahnspitzen poliert werden. Dies gewährleistet eine bessere Ölhaltung als bei den biseautierten Rädern. Die Schleifriefen der Biseautierung wirkten als ölziehende Kapillaren.
9. Wegen der verringerten Masse des Ankerrades ist der Einfluss von Magnetfeldern auf den Gang der Uhr herabgesetzt.