DE1163251B

DE1163251B - Feder, insbesondere Triebfeder von Uhren, und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE1163251B
Application number: DEJ12405A
Authority: DE
Original assignee: Institut Straumann AG
Current assignee: Institut Straumann AG
Priority date: 1956-06-02
Filing date: 1956-11-02
Publication date: 1964-02-13

Description

Feder, insbesondere Triebfeder von Uhren, und Verfahren zur Herstellung Die Erfindung betrifft eine Verbesserung und eine Weiterbildung einer Feder, insbesondere einer Triebfeder für Uhren, vorzugsweise Kleinuhren, nach dem Hauptpatent 1143 152.
Die üblichen bisherigen Federn, insbesondere Triebfedern von Uhren, bedurften der Schmierung mit Fett oder Öl, zur Verminderung der Reibung der Federwindungen gegeneinander beim Aufziehen und Abwickeln. Diese Schmierung erfolgte üblicherweise vor dem Einbau in das Federgehäuse.
Daß diese Art des Schmierens nicht unerhebliche Nachteile besitzt, da das Fett oder Öl im Laufe der Zeit altert, d. h. verharzt, oxydiert, eintrocknet und verseift, ist seit langem bekannt. Diese Nachteile sind wesentlich, da infolge der Alterung die Reibung der Federwindungen gegeneinander steigt, so daß die abgegebene Kraft kleiner wird. Die Federn müssen also nach einer gewissen Betriebszeit der Uhr gereinigt und neu geschmiert werden. Ferner läßt sich nicht immer vermeiden, daß ein Teil des Schmiermittels aus dem Federhaus bzw. Gehäuse austritt und sich mit Staub und Schmutz vermischt. Die Schmiermittelschicht ist auch insofern nachteilig, als sie im Federhaus immerhin einigen Raum beansprucht, der also dem Volumen der Triebfeder verloren geht.
Derartige Federn zeigen im übrigen den übelstand, daß sie sich gegen Ende der Abwicklung infolge Klebens der Schmierschicht ruckweise entspannen, was sich auf den Gang der Uhr ungünstig auswirkt. Ein weiterer Nachteil ist die Beeinflussung der Viskosität des Schmiermittels durch hohe und tiefe Temperaturen. Die Notwendigkeit des Schmierens solcher Uhrenfedern, insbesondere von in ein Gehäuse eingeschlossenen Triebfedern, ist also nachteilig, insbesondere auch, da das von Hand auszuführende Schmieren jeder Triebfeder verhältnismäßige Kosten verursacht.
Trotz dieser Nachteile und obwohl diese Nachteile bekannt waren, blieb diese Art des Schmierens üblich, weil notwendig und weil Versuche, sie auszuschalten, zu keinem oder zu keinem befriedigenden Erfolg führten.
Zwar nicht für Federn, jedoch für andere Uhrenteile ist vorgeschlagen worden, die Reibung der Teile aneinander zu vermindern oder aufzuheben durch Vorsehung von Kunststoffüberzügen auf einem der aneinander zu reibenden Teile oder auf beiden Teilen. Auch bei solchen Uhrenteilen wie Wellen und Lager führten diese Vorschläge nicht befriedigend zum Ziel, ganz abgesehen davon, daß die verhältnismäßig dicken Kunststoffüberzüge einen nicht unerheblichen Teil des für gewöhnlich knappen zur Verfügung stehenden Raumes beanspruchen. überdies sind solche verhältnismäßig dicken Kunststoffüberzüge - als Kunststoff dafür wurde vorgeschlagen Trifluoräthylen, Superpolyamide u. dgl. - temperaturempfindlich, soweit es sich um Thermoplaste handelt, und verhältnismäßig spröde und brüchig, soweit es sich um gehärtete Harze handelt. Der Vorschlag konnte sich für Uhrteile nicht in die Praxis einführen; als Ersatz der Ölschmierung von Federn wurde dieses Vorgehen nicht vorgeschlagen.
Bekannt sind Dispersionen von Fluorchlorkohlenstoffpolymeren mit einer sehr kleinen Teilchengröße von etwa 0,1 bis etwa 10 Mikron in der Dispersion zur Herstellung von überzügen, wobei freilich weder überzüge von Federn vorgeschlagen, noch die Vermeidung von Reibung als Zweck und Wirkung der überzöge genannt wird; die überzöge waren bestimmt zur Erzielung einer Korrosionsbeständigkeit der überzogenen Stoffe, guter elektrischer Eigenschaften, wasserabweisender Eigenschaften und Flammbeständigkeit, wobei die überzöge von der Dicke von 0,1 bis 5 mils, d. h. mindestens 2,5 Mikron, durch mehrmaliges Tauchen der zu überziehenden Gegenstände in die Disperson erzeugt wurden.
Mit dem Problem, die Reibung von Federn zu vermindern, ohne Schmierung mit Öl oder Fett, beschäftigen sich Vorschläge, die ebenfalls nicht Eingang in die Praxis gefunden haben; z. B. ein Federmotor mit einer zwischen den Windungen der Spiralfeder angeordneten Zwischenschicht aus nicht metallenem Stoff; als ein solcher Stoff wird bei diesem Vorschlag Papier oder ein glatter Stoff genannt, der mit einem Schmiermittel, z. B. Graphit, eingerieben sein kann. Daß ein solcher Vorschlag keinen Eingang in die Praxis gefunden hat, leuchtet ein, da solche auf eine Seite der Federn aufgeklebten Papierschichten in den meisten Fällen schon wegen des hohen Platzbedarfs sich verbieten und in allen Fällen den Nachteil einer raschen Abreibung aufweisen. Ein anderer bekannter Vorschlag richtet sich auf eine Gleitpunktzugfeder zum Antrieb von Uhren usw., wobei ein kleiner Abstand zwischen den einzelnen Umgängen der Zugfeder durch Belegen des Federbandes auf einer Seite mit Auflageblättchen erreicht werden sollte. Dieser Vorschlag geht von der Schmierung mit Öl und Fett nicht generell ab, sondern benötigt sie, wobei als Vorteil angegeben wird, daß Öl oder Fett aus der Feder infolge der vorgesehenen Auflageblättchen nicht herausgepreßt werden könne. Als Material für die Auflageblättchen ist z. B. Messing genannt. Auch ein solcher Vorschlag schafft keine Lösung des Problems, ganz abgesehen davon, daß ein wesentlicher Teil, der Übelstand der Schmierung von Federn mit Öl oder Fett, bestehenbleibt.
Diese Nachteile werden gemäß dem Hauptpatent vermieden durch die Verwendung von Schichten aus einem selbstschmierenden Kunststoff für die reibenden Teile, jedoch derart ausgebildet, daß auf beiden Seiten der Feder solche Schichten aus selbstschmierenden Kunststoffen in einer Dicke von Mikrongröße aufgebracht sind. Die Weiterbildung gemäß der Zusatzerfindung besteht in der Verwendung nichtklebriger Schichten aus selbstschmierenden Polysiloxan-Harzen (Silikonen), Harnstofformaldehyd-Kondensationsprodukten, modifizierten oder nichtmodifizierten Phenolaldehyd-Harzen, Polyäthylen-Kunststoffen, Polyvinylehlorid-Kunststoffen, Melamin-Harzen, Phenoplasten, Aminoplasten, Furanharzen, Polyestern, Polyurethan, Äthoxylinharzen (Silikonen), Polyäthylen, Polyisobutylen, Polystyrol, Polyvinylcarbazol, Gümaronharzen, Indenharzen, Terpenharzen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polychlorfluorcarbonen, Polyvinyläther, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylformal, Polyvinylazetal, Polyvinylbutyral, Polyarylnitril, Palyacrylester, Polymethacrylester, Aldehydharzen, Ketonharzen, Butadienpolymerisaten, Isoprenpolymerisaten, Chloropren-Polymerisaten, organischen Polysulfiden, Zellulosen, Zelluloseestern, Zelluloseäthern, Kasein-Kunststoffen, halogenierten Paraffinen, Halogennaphthalin und ähnlichen Stoffen für die reibenden Teile verwendet werden und die Feder derart ausgebildet ist, daß auf beiden Seiten der Feder solche Schichten aus dem selbstschmierenden Kunststoff vorgesehen sind, wobei diese Schichten eine Dicke von Mikron-Größenordnung aufweisen.
Der Kunststoffüberzug soll aus einem Polymerisationsprodukt, einem Kondensationsprodukt oder einem Polykondensationsprodukt bestehen, soweit diese Produkte in der Kälte feste Überzüge mit nichtklebrigen Eigenschaften ergeben.
Unter Umständen ist es angebracht, auf der Federoberfläche zunächst eine Zwischenschicht eines klebenden Kunststoffes anzubringen, was dann zu empfehlen ist, wenn der Kunststoff des Überzuges nicht fest genug an der Federoberfläche haftet. Die Dicke der Schicht beträgt zweckmäßig etwa 1 Mikron und darunter, vorzugsweise Mikron und darunter.
Durch Tauchen in Kunststoff-Dispersionen bzw. Emulsionen oder Lösungen erzeugte Schichten sind mit Vorteil geeignet.
Oberflächenschichten recht geringer Dicke sind an sich bei Federn bekannt, jedoch nicht Oberflächenschichten in Mikron-Größenordnung aus Kunststoffen.
So sind Bimetallfedern vorgeschlagen worden, die aus Stahl bestehen und metallene Nichteisenaußenschichten, z. B. aus Kupfer, aufweisen. Die Dicke dieser Außenschichten beträgt z. B. 0,0004 Zoll, wobei Difusionsschichten zwischen der äußeren Kupferschicht und dem inneren Stahlkern der Feder, der z. B. 0,005 Zoll dick sein kann, in der Stärke von 0,0001 Zoll vorliegen. Die eigentliche Oberflächenschicht besitzt also eine Dicke von etwa 10 Mikron; etwa eine solche Dicke einer überzugsschicht liegt auch dann vor, wenn eine Stahlfeder mit einer dünnen metallischen, praktisch nicht oxydierbaren Schicht nach einem anderen bekannten Vorschlag versehen wird, der sich im übrigen nicht mit der Vermeidung des Schmierens mit Öl oder Fett befaßt.
Bei dem Vorgehen gemäß der Erfindung wird eine Feder geschaffen, deren Raumbedarf sehr gering ist und die ein Schmieren mit Öl oder Fett durchaus unnötig macht, jedoch die Reibung der Federwindungen, d. h. der beiden extrem dünnen Kunststoffschichten auf den Federflächen, auf ein Minimum herabsetzt, ohne daß z. B. gegen Ende der Abwicklung eine ruckweise Entspannung eintritt oder die Temperatur die Reibung beeinflussen könnte. Insbesondere bei Taschenuhren und Armbanduhren sowie kleinen eingekapselten Uhrwerken wirkt sich die Raumersparnis vorteilhaft aus. Der Einbau kann ohne Mitverwendung von Fett oder Öl geschehen.
Die Federüberzüge gemäß der Erfindung sind nicht klebrig und in der Kälte fest und gleiten leicht aufeinander, so daß Reibungen praktisch kaum auftreten, jedenfalls nur in einem zulässigen Maße.
Von Vorteil sind Überzüge der Kunststoffe, die gleitend wirkende Stoffe von der Art des Molybdänsulfids enthalten.
Der Anteil an solchen gleitend wirkenden Stoffen in dem Kunststoff kann z. B. 5011/o betragen.
Das Aufbringen der extrem dünnen Kunststoffüberzüge auf beiden Seiten der Feder ist an sich beliebig, bevorzugt ist die Aufbringung durch an sich bekanntes Tauchen z. B. in eine Lösung des Kunststoffes, z. B. eine alkoholische Lösung eines Phenolformaldehyd-Resols, Verdampfen des Lösungsmittels und Härten des Harzes, z. B. bis zum Resitolzustand.
Weitere Möglichkeiten der Aufbringung der überzüge auf der Feder sind die folgenden: Bei Verwendung von in Wasser und üblichen organischen Lösungsmitteln unlöslichen Kunstharzen kann der Kunststoff durch: 1. Aufstäuben eines feinkörnigen Pulvers, z. B. eines thermoplastischen Kunststoffes, und Sintern des trockenen Pulverbelages bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls unter erhöhtem Druck; Z. Aufreiben des Kunststoffes auf die zu behandelnde Oberfläche, z. B. durch Trommeln der Feder in Gegenwart eines Kunstharzpulvers in einer Rolltrommel, und gegebenenfalls Sintern des an den Oberflächen der Bestandteile haftenbleibenden Materials; 3. Aufwalzen des Kunststoffes und gegebenenfalls Sintern, oder 4. Eintauchen der zu überziehenden Bestandteile in eine Dispersion des Kunstharzes in Wasser oder einer organischen Flüssigkeit, Trocknen und gegebenenfalls Sintern des entstehenden Überzuges aufgebracht werden oder auch durch Aufbringen des Monomeren und Bilden des Polymeren auf der Feder selbst.
5. Auch ein Aufsprühen einer Emulsion oder einer Lösung des Kunstharzes und Brechen der Emulsion und Verdampfen des Emulsionsmittels bzw. Verdampfen des Lösungsmittels ist mitunter angebracht.
Bei Überzügen aus polymeren Kunststoffen kann auch das Monomere oder das Gemisch von Monomeren auf die Federoberfläche aufgebracht werden und die Polymerisation auf der Oberfläche durchgeführt werden.
In einer Reihe von Fällen ist das Aufbringen des Kunststoffes in Form einer Suspension, z. B. das Tauchen, angebracht. Mit Vorteil können die Federn in Suspensionen der Kunststoffe in Wasser oder einer organischen Flüssigkeit eingetaucht werden, worauf der nach Entfernen der überschüssigen Suspension erhaltene Belag getrocknet wird, zweckmäßigerweise in leicht erwärmter Luft. Gegebenenfalls kann man den trockenen Belag noch unter erhöhtem Druck sintern.
Die Kunststoffkonzentration der beim Tauchverfahren verwendeten Suspensionen kann z. B. zwischen 0,02 und 1 Gewichtsprozent liegen.
Die Suspension kann Molybdändisulfid, z. B. in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, enthalten, wodurch die Gleitwirkung des Kunststoffbelags erhöht wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird während des Aufbringens des Belages die Feder mit Ultraschallschwingungen behandelt; vorzugsweise wird die Feder in ein Bad eingetaucht, auf das vor und während des Eintauchens Ultraschall einwirkt. Die Federn erhalten bei diesem Vorgehen eine auf der ganzen Länge besonders gleichmäßige Schicht. Die Schicht haftet besonders gut an dem Federmaterial.
Infolge der geringen Dicke des Belages beansprucht eine derart behandelte Feder im Federhaus weniger Raum als eine nach der üblichen Methode geschmierte Feder. Die erfindungsgemäße, der Schmierung nicht bedürftige Triebfeder entspannt sich gleichmäßig und bis zum Ende des Federablaufs stoßfrei, da die Windungen auch nach längerem Gebrauch der Feder nicht aneinanderkleben. Die Reibungsverhältnisse sind günstiger, das abgegebene Kraftmoment ist höher. Die Feder kann somit dünner und länger gemacht werden, wodurch ein weniger steiler Abfall des Drehmoments bei der Abwicklung und eine größere Gangreserve der Uhr erhalten wird. Die Feder ist ferner - dies im Gegensatz zu den bisher bekannten Federn - für ihre gesamte Lebensdauer wartungsfrei. Das Schmieren der Feder mit Fett oder Öl beim Einbau erübrigt sich, so daß die Montage der Uhr verbilligt wird.
Vergleichsmessungen haben ergeben, daß die mit dem Kunststoffbelag versehene Triebfeder gegenüber den nach der bisher üblichen Methode geschmierten Federn aus gleichem Werkstoff infolge der günstigeren Reibungsverhältnisse zwischen den einzelnen Windung ein um 5 bis 10% höheres Kraftmoment abgibt. Die erfindungsgemäße Triebfeder kann deshalb um etwa 511/o dünner gemacht werden als die bisherigen Federn. Durch die Einsparung an Raum im Federhaus ist es möglich, die Feder entsprechend länger zu machen. Im Dauerversuch zeigte die erfindungsgemäße Feder nach 16 000 Aufzügen noch ein gleich gutes Kraftdiagramm wie im Neuzustand. In der beiliegenden Zeichnung stellen die F i g. 1 und 2 Federdiagramme dar.
Das in F i g. 1 gezeigte Federdiagramm bezieht sich auf eine Triebfeder, die in der bisher üblichen Art mit Fett geschmiert wurde, während das in F i g. 2 dargestellte Federdiagramm eine erfindungsgemäße Triebfeder aus gleichem Werkstoff mit Polytetrafluoräthylenbelag betrifft.
In den beiden Figuren sind mit a Aufzugskurven und mit b die Ablaufkurven bezeichnet. Aus der F i g. 1 geht hervor, daß die nach der klassischen Methode geschmierte Feder einen großen Reibungsverlust aufweist, was an dem breiten Zwischenraum zwischen der Kurve a und der Kurve b erkennbar ist. Die am Ende der Kurve b vorhandenen Zacken weisen auf eine ungleichmäßige Abwicklung hin. Aus der F i g. 2 geht hervor, daß die erfindungsgemäße Feder einen geringeren Reibungsverlust, somit ein höheres Kraftmoment, als die Vergleichsfeder und eine gleichmäßige Abwicklung aufweist.

Claims

Patentansprüche: 1. Feder, insbesondere Triebfeder von Uhren, mit einer auf beiden Seiten der Feder in Mikrongrößenordnung aufgebrachten Schicht aus einem selbstschmierenden Kunststoff nach Patent 1143152, gekennzeichnet durch die Verwendung von Schichten aus selbstschmierenden Polysiloxan-Harzen (Silikonen), Harnstoffformaldehyd-Kondensationsprodukten, modifizierten oder nichtmodifizierten Phenolaldehyd-Harzen, Polyäthylen-Kunststoffen, Polyvinylchlorid-Kunststoffen, Melamin-Harzen, Phenolplasten, Aminoplasten, Furanharzen, Polyestern, Polyurethanen, Athoxylinharzen (Silikonen), Polyäthylen, Polyisobutylen, Polystyrol, Polyvinylcarbazol, Cumaronharzen, Indenharzen, Terpenharzen, Polvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polychlorofluorcarbonen, Polyvinyläther, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polvinylformal, Polyvinylazetal, Polyvinylbutyral, Polyarylnitrf, Polyacrylester, Polymethacrylester, Aldheydharzen, Ketonharzen, Butadienpolymerisaten, Isoprenpolymerisaten, Chloropren-Polymerisaten, organischen Polysulfiden, Zellulosen, Zelleluloseestern, Zelluloseäthern, Kasein-Kunststoffen, halogenierten Paraffinen, Halogennaphthalin und ähnlichen Stoffen.
2. Feder gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt des Überzugs an einem die Gleitung befördernden Stoff, z. B. Molybdändisulfid.
3. Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs gemäß Anspruch 1 oder 2, auf Federn, insbesondere Triebfedern, von Uhren, gekennzeichnet durch Aufbringen einer Suspension des Kunststoffs in Wasser oder einer organischen, den Kunststoff nicht lösenden Flüssigkeit auf die Federoberfläche, z. B. durch Eintauchen, Trocknen, vorzugsweise in erwärmter Luft, gegebenenfalls nach Abtropfenlassen des Überschusses, und gegebenenfalls Sintern, zur Erzeugung eines zusammenhängenden Überzuges, vorzugsweise unter erhöhtem Druck.
4. Verfahren zum Aufbringen eines Überzuges gemäß Anspruch 1 oder ?, auf Federn, insbesondere Triebfedern, von Uhren, gekennzeichnet durch Aufbringen einer Lösung des Kunststoffs auf die Federoberfläche, z. B. durch Eintauchen der Feder oder Aufsprühen der Lösung, Verdampfen des Lösungsmittels und gegebenenfalls Erhitzen zur Härtung oder Vernetzung des Kunststoffs.
5. Verfahren zum Aufbringen eines Überzuges gemäß Anspruch 1 und 2, auf Federn, insbesondere Triebfedern, von Uhren, gekennzeichnet durch Aufbringen von Monomeren auf die Federoberfläche und Bildung des Polymerisats oder Copolymerisats aus dem Monomeren auf der Oberfläche, gegebenenfalls in Anwesenheit von Katalysatoren.
6. Verfahren gemäß Anspruch 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch Aufbringen einer Suspension oder Lösung bzw. von Polymeren, mit einem Gehalt an Molybdändisulfid, vorzugsweise zur Schaffung eines Gehaltes des Überzuges an Molybdändisulfid von z. B. 50%.
7. Verfahren gemäß Anspruch 3, 4, 5 oder 6, gekennzeichnet, durch Beaufschlagung der aufgebrachten Suspension, Lösung oder der Monomeren oder des Kunststoffs - vorzugsweise während des Aufbringens z. B. durch Eintauchen -mittels Ultraschall. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 457 546, 807 378; französische Patentschrift Nr. 1091649, USA.-Patentschriften Nr. 1977 458, 2 686 770.