DE1523785C - Federkraftspeicher, insbesondere für Uhrwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Federkraftspeicher, insbesondere für Uhrwerke, mit einer schraubenförmig gewickelten Feder, die im Innern eines Federhauses untergebracht ist.

Außer den üblichen, spiralförmigen Uhrenfedern, welche in einer Ebene um die Achse des Federhauses gewickelt sind und die infolge der begrenzten Elastizität der für die Feder verwendeten Metallegierungen sowie der nur beschränkten Abmessungen des Federhauses keine große Gangreserve für die Uhr gewährleisten, sind aücKt'efeits."schraubenförmig gewickelte Uhrenfedern vorgeschlagen'worden, die einen rechteckförmigen Querschnitt haben, wobei die kleine Abmessung des Rechtecks"'parallel zur Symmetrieachse der Schraubenfeder orientiert ist. Die verhältnismäßig kleinen Abmessungen des Federhauses und insbesondere seine für die Unterbringung von Kleinuhren erforderliche geringe Dicke haben es bisher ,,jedoch noch nicht ermöglicht, diesen Federkraftspeichern einen günstigen Wirkungsgrad zu geben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit schraubenförmig gewickelten Federn arbeitende Federkraftspeicher, insbesondere für Uhren, derart zu verbessern, daß dieser Speicher einerseits bei nur geringen Abmessungen des Federhauses eine sehr große Gangreserve und andererseits eine sehr gute Gleichmäßigkeit des Ganges gewährleistet, wobei insbesondere der rasche Abfall der Federkraft vermieden werden soll, der bei üblichen Uhrenfedern dann eintritt, wenn sich der Zustand der Feder dem Entspannungszustand nähert.

Ausgehend von einem Federkraftspeicher des eingangs beschriebenen Typs ist die Erfindung zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, daß die mögliche Entspannung der Feder durch eine innere Seitenwand des Federhauses, an welcher sich die Feder bei Erreichen eines bestimmten Entspannungszustandes abstützt, auf einen Wert derart begrenzt ist, daß sich die bei diesem Entspannungszustand noch in der Feder gespeicherte potentielle Energie nur unwesentlich von der maximalen potentiellen Energie der Feder im vollkommen gespannten Zustand unterscheidet.

Zweckmäßigerweise kann der Federkraftspeicher nach der Erfindung 'derart ausgebildet sein, daß die Höhe des die Schraubenfeder aufnehmenden inneren Raumes des Federhauses mit der vom Spannungszustand abhängigen Höhe der Feder veränderlich ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt der ersten Ausführungsform und

Fig. 2 einen entsprechenden Axialschnitt der zweiten Ausführungs|orm, ..

Das in F i g. 1 dargestellte Federhaus weist einen Federkern 1, eine Nabe 2, einen Boden 3, eine mit einem äußeren Zahnkranz 5 versehene Trommel 4 und einen Deckel 6 auf, der mit Hilfe eines Vierkants 7 am Federkern 1 befestigt ist. Nabe 2, Boden 3 und Trommel 4 bilden ein einziges Teil und begrenzen einen kreisringförmigen Raum, in welchem eine Feder 8 untergebracht ist. Diese Feder 8 besteht aus einem schraubenförmig gewickelten Federband von rechteckförmigem Querschnitt.

Vor dem Einsetzen in das Federhaus ist die Feder 8 frei von Spannungen, und ihr Durchmesser ist größer als der äußere Durchmesser der Federhaustrommel. Zum Einsetzen in das Federhaus muß .,,. daher die Feder 8 stark komprimiert werden. Innerhalb des Federhauses stützt sich daher'die Feder 8 auf der Innenfläche 9 der Federhaustrommel 4 ab. Die beiden Enden der Feder 8 liegen am Boden 3 bzw. am Deckel 6 an und sind dort beispielsweise mittels eines einfachen Hakens befestigt, oder aber die Federenden sind in entsprechende Schlitze des , Bodens bzw. des Deckels eingesteckt bzw. durch diese Schlitze hindurchgeführt.

ίο Der Durchmesser der Nabe 2 ist in Abhängigkeit . vom Material der Feder derart gewählt, daß diese Nabe die mögliche Kontraktion der Feder während des Aufziehens begrenzt, um eine bleibende Deformation der Federwindungen infolge eines zu starken Spannens zu verhindern.

Beim Aufziehen wird der Deckel 6 des Federhauses, der beispielsweise über ein nicht dargestelltes Sperrad antreibbar ist, gedreht und nimmt dabei das am Deckel befestigte Ende der Feder 8 mit; dadurch wird die Feder 8 unter gleichzeitiger Verringerung ihres Durchmessers gespannt, wobei der maximal mögliche Spannungszustand dadurch gegeben ist, Saß sich die Feder gegen den Umfang 'der Nabe 2 anlegt.

Die Schraubenfeder 8 ist zwar in einem verhältnismäßig schmalen Kreisringraum^'des Federhauses untergebracht, jedoch ist sie in ihrer entspannten Lage, in der sie an der Innenwand der Trommel 4 anliegt, noch vergleichsweise stark komprimiert, so daß auch in unmittelbarer Nähe des Entspannungszustandes noch ein starkes Drehmoment auf das Federhaus ausgeübt wird. Tatsächlich nimmt das von der Feder ausgeübte Drehmoment zwischen den

:, beiden möglichen Endzuständen der Feder während deren Entspannung praktisch nicht ab, so daß die Entspannungskurve (abgegebenes Drehmoment als-Funktion der Entspannung) nahezu eine horizontale Linie ist, die nicht etwa im letzten Bereich der Entspannung dem Drehmoment Null zustrebt, sondern vielmehr einem in unmittelbarer Nähe des Ausgangswertes liegenden Drehmoment.

■Beim Aufziehen wird die Feder bis in die Nähe ihrer Elastizitätsgrenze gespannt; so daß ein Maximum an potentieller Energie in einem vergleichsweise kleinen Raum speicherbar ist.

Die Federt arbeitet: _als Zug-' und Kompressionsfeder. Wenn die Breite des Federbandes groß im Verhältnis zum Durchmesser der Schraubenfeder ist, lassen sich am Umfang der Feder bei einer nu? schwachen Deformation sehr große Spannungen erzielen. Die beschriebene Vorrichtung erlaubt es also, einen Federkraftspeicher mit im Vergleich zu bisher bekannten Federhäusern kleinen Abmessungen zu schaffen, mit dem sich jedoch eine wesentlich größere

. . potentielle Energie speichern läßt als in Federhäusern üblicher Bauart; außerdem ist die durch die Vorrichtung nach der Erfindung erzielte Ganggenauigkeit nahezu vollkommen. Mit dem Federhaus nach der Erfindung kann man einer Uhr ohne weiteres eine Gangreserve von beispielsweise zwangzig Tagen geben, wobei die Ganggenauigkeit während dieser ganzen Zeitspanne praktisch vollständig gleichmäßig ist. Wenn der Entspannungszustand der Feder innerhalb des Federhauses erreicht ist, bleibt die Uhr schlagartig stehen.

Im betrachteten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schraubenfeder, die vor dem Einsetzen in das Federhaus komprimiert werden muß und die entsprechend auch beim Aufziehen weiterkompri-

miert wird. Die Drehmomentabgabe dieser Feder erfolgt also während ihrer Ausdehnung. Andererseits ist es natürlich auch möglich, mit einer entsprechend vorkomprimierten Feder zu arbeiten, die vor dem Einsetzen in das Federhaus entsprechend gedehnt werden muß und die auch während des Aufziehens weiter gedehnt wird. In diesem Falle entspricht die in F i g. 1 dargestellte Lage der Feder, in welcher sie an der Innenwand der Trommel 4 anliegt, dem aufgezogenen Zustand, während der Entspannungszustand durch die Anlage der Feder auf dem Umfang der Nabe 2 gegeben ist. Eine derartige Feder gibt das Drehmoment während ihrer Komprimierung ab.

Es ist klar, daß sich die Windungszahl der Feder und damit die Federhöhe in Abhängigkeit vom Spannungszustand bzw. vom Durchmesser der Feder ändert. Wenn die Feder innerhalb des Federhauses ihren einen Endzustand erreicht hat, in welchem sie sich auf der Außenwand der Nabe 2 abstützt, ist ihre Höhe am größten. Daher muß die zur Verfügung stehende Höhe des Kreisringraumes, in welchem die Feder untergebracht ist, dieser maximalen Höhe an- gepaßt sehl· Das bedeutet, daß mit größer werdendem Federdurchmesser, also abnehmender Federhöhe, die einzelnen Federwindungen infolge der starken, im Federmaterial auftretenden Torsionskräfte eine mehr oder weniger schräge Lage in bezug auf die Achse des Federhauses einnehmen.

Das im folgenden beschriebene zweite Ausführungsbeispiel eines Federhauses ist derart ausgebildet, daß eine mögliche Schräglage der Federwindungen infolge der veränderlichen Federhöhe vermieden wird.

Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in F i g. 2 dargestellt ist, weist das Federhaus wiederum einen Federkern 11, der mit einem Vierkant 12 zum Aufsetzen eines Sperrades versehen ist, und einen fest mit dem Federkern verbundenen Boden 13 auf, an welchem das eine Ende einer Schraubenfeder 14 befestigt ist. Das andere Ende dieser Schraubenfeder 14 ist an einem Deckel 15 befestigt, der einen äußeren Zahnkranz 16 zum Antrieb des ersten Rades des Uhrenräderwerks trägt. Die Trommel 19 bildet ein Teil mit dem Deckel 15, während die Nabe 18, die in diesem Falle von einer zylindrischen Wand gebildet wird, ein Teil mit dem Boden 13 bildet. Die Schraubenfeder 14 ist in den Kreisringraum 17 eingesetzt,, dessen Innenseite von der äußeren Wand der Nabe 18 und dessen Außenseite von der Innenwand der Trommel 19 begrenzt wird. Ober- und Unterseite dieses Kreisringraumes 17 werden vom Deckel 15 bzw. vom Boden 13 begrenzt.

In F i g. 2 ist die Feder 14 in ihrem Entspannungszustand dargestellt. Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels muß also die Feder 14, die zunächst einen größeren Durchmesser als den des Kreisringraumes 17 hat, vor dem Einsetzen in das Federhaus entsprechend komprimiert werden. In dem in F i g. 2 dargestellten Entspannungszustand der Feder innerhalb des Federhauses nimmt die Feder 14, bei dicht aufeinanderliegenden Windungen, die gesamte zur Verfügung stehende Höhe des Kreisringraumes 17 ein; folglich ist es nicht ohne weiteres möglich, die Feder nunmehr unter Verringerung ihres Durchmessers zu spannen, da dann natürlich ihre Höhe entsprechend der zunehmenden Windungszahl größer als die Höhe des Kreisringraumes 17 wird.

Um nun die Höhe dieses Raumes 17 entsprechend der vom Spannungszustand der Feder abhängigen Höhe der Schraubenfeder 14 veränderbar zu machen, ist der Deckel 15 mit einem hohlen Kern 10 versehen, der ein Innengewinde aufweist; andererseits weist der Boden 13 einen entsprechenden Gewindekern 111 auf, auf den der Deckel 15 mit seinem Innengewinde aufgeschraubt ist. Die Ganghöhe des Gewindes entspricht gerade der Höhenänderung, welche die Feder

14 beim Spannen bzw. beim Entspannen während einer vollen Umdrehung von 360° erfährt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die zur Verfugung stehende Höhe des Kreisringraumes 17 in allen möglichen Spannungszuständen der Feder der Höhe dieser Feder entspricht, so daß die Windungen der Feder 14 stets in praktisch horizontaler Lage dicht aufeinander liegenbleiben und sich, was sehr wichtig ist, immer nur horizontal verschieben.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt hinsichtlich der Ausbildung der Federhausteile mannigfache Varianten zu. So kann die Feder derart .yor-C komprimiert sein, daß sie sich während der Abgabe des Drehmomentes entspannt. Auch können die Funktionen von Schrauben- und Muttergewinde zwischen Boden- und Deckelteil des 'Federhauses vertauscht sein.

Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Trommel ein Teil mit dem Deckel 15 oder die Nabe

15 ein Teil mit dem Boden 13 bildet, sondern die Zuordnung der Teile kann auch vertauscht sein. Ferner ist es auch möglich, daß die Trommel und die Nabe gleichzeitig ein Teil entweder mit dem Boden oder mit dem Deckel des Federhauses bilden.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Federkraftspeicher, insbesondere für Uhrwerke, mit einer schraubenförmig gewickelten

,Feder, die im Inneren eines Federhauses untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mögliche Entspannung der Feder (8, 14) durch eine innere Seitenwand (4 oder 2; 19"oder 18) des Federhauses, an welcher sich die Feder bei Erreichen eines bestimmten Entspannungszustandes abstützt, auf einen Wert derart begrenzt ist, daß sich die bei diesem Entspannungszustand noch in der Feder gespeicherte potentielle Energie* nur unwesentlich von der maximalen potentiellen Energie der Feder im vollkommen gespannten Zustand unterscheidet.

2. Federkraftspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des die Schraubenfeder (14) aufnehmenden inneren Raumes (17) des Federhauses mit der vom Spannungszustand abhängigen Höhe der Feder veränderlich ist.

3. Federkraftspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder in ihrem dem Entspannungszustand im Federhaus entsprechenden Zustand stark komprimiert ist.

4. Federkraftspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder in ihrem dem Entspannungszustand im Federhaus entsprechenden Zustand gedehnt ist.

5. Federkraftspeicher nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federhaus eine von der Schraubenfeder (8; 14) urn-

gebene Nabe (2; 18) aufweist, deren Durchmesser derart dimensioniert ist, daß beim Spannen die mögliche Kontraktion der Feder auf einen Wert unterhalb der Elastizitätsgrenze des Federmaterials begrenzt ist, so daß eine bleibende Verformung der Federwindungen ausgeschlossen ist.

6. Federkraftspeicher nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Federhaus eine äußere Trommelwand (4; 19) aufweist, welche die Feder (8; 14) umgibt und deren Innendurchmesser derart dimensioniert ist, daß die mögliche Dehnung der Feder beim Spannen auf einen Wert unterhalb der Elastizitätsgrenze des Federmaterials begrenzt ist, so daß eine bleibende Verformung der Federwindungen ausgeschlossen ist.

7. Federkraftspeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden relativ zueinander beweglichen Federhausteile (Deckel 6 bzw. 15 oder Boden 3 bzw. 13), an welchen das eine bzw. das andere Federteil befestigt ist, ein zur Federhausachse koaxiales Gewinde (111) aufweist, auf welches das andere Federhausteil mit einem entsprechenden Gewinde aufgeschraubt ist, und daß die Ganghöhe dieses Gewindes gleich der Höhenänderung ist, welche die Feder während des Spannens oder Entspannens bei einer vollen Umdrehung von 360° erfährt.

8. Federkraftspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Aufzugswerk zusammenarbeitende Teil (Boden 13) des Federhauses einen Gewindezapfen trägt, während das Muttergewinde an dem mit dem Uhrenräderwerk zusammenarbeitenden Federhausteil (Deckel 15) angeordnet ist.

9. Federkraftspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Uhrenräderwerk zusammenarbeitende Federhausteil einen Gewindezapfen trägt, während das andere, mit dem Aufzugsräderwerk zusammenarbeitende Federhausteil das Muttergewinde aufweist.

10. Federkraftspeicher nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeteile von einer zylindrischen Wand umgeben sind, welche die erwähnte Nabe (18) bildet.

11. Federkraftspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,' daß die Federhaustrommel (4;- 19) eine zylindrische Wand ist, welche ein Teil mit der Federhausverzahnung (5; 16) bildet^*-die mit dem ersten Rad des Uhrenräderwerks zusammenarbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen