Mechanische Prinzipien › Die Funktionsweise des mechanischen Uhrwerks

DAS ANTRIEBSORGAN (das Federhaus)

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Abbildung 1: Explosionsdarstellung eines Federhauses (Handaufzug)

Abbildung 3

Kinematik des Aufzugsmechanismus

(beschleunigt)

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1. Definition

Das Antriebsorgan eines Gegenstands, der zur Messung der Zeit bestimmt ist, liefert die für sein einwandfreies Funktionieren notwendige Energie.

2. Verschiedene Arten von Antriebsorganen

Das Antriebsgewicht:

Das Antriebsgewicht einer Grossuhr ist am Ende eines Seils oder einer Kette befestigt, die um einen Zylinder mit Zahnrad gewickelt ist. Unter der Wirkung der Schwerkraft sinkt das Gewicht ab und versetzt den Zylinder, an dem es befestigt ist, sowie sein Zahnrad in Drehung. Das von diesem einfachen System entwickelte Drehmoment ist vollkommen konstant.

Die Gangreserve hängt von der Länge des Seils oder der Kette ab, an dem das Gewicht befestigt ist (sowie von dessen Fallweg). Sobald das Seil oder die Kette vollständig abgewickelt ist, bleibt die Grossuhr stehen. Ein Kurbel- oder Schlüsselmechanismus mit Sperrklinke ermöglicht es, das Seil um den Zylinder zu wickeln und das Gewicht wieder anzuheben. Diesem Mechanismus verdankt man den Ausdruck: „seine Uhr aufziehen“.

Im Gegensatz zum Federhaus oder zur Batterie speichert ein Gewichtssystem keine Energie.

Le barillet :

Das Federhaus ist ein Antriebsorgan-System, das in einigen kleinen Grossuhren und Pendeluhren sowie in allen getragenen Uhren (Taschenuhren oder Armbanduhren) vorhanden ist.

Es handelt sich um eine in einem Zylinder aufgerollte Feder, die es ermöglicht, die beim Aufziehen der Uhr (manuell oder automatisch) gespeicherte Energie zu speichern und sie schrittweise an das Uhrwerk abzugeben. Dies ist die Art von Antriebsorgan, die wir in diesem Kapitel im Detail behandeln werden.

Die Batterie:

Bei elektronischen Uhren (Stimmgabel, Quarz usw.) wird die elektrische Energie in der Batterie gespeichert, die das Uhrwerk (Oszillator, Schrittmotor, Anzeige) versorgt. Eine externe Stromversorgung (elektrische oder Atomuhren) ermöglicht keine Speicherung von Energie und eignet sich daher für feststehende Instrumente.

3. Beschreibung & Komponenten

Die Gesamtheit des Antriebsorgans einer mechanischen Uhr wird als Federhaus bezeichnet. Vier Komponenten bilden das Federhaus (Abbildung 1) :

–Die Federhaustrommel. Es handelt sich um einen Zylinder, in dem die Zugfeder untergebracht ist. Am Umfang der Federhaustrommel befindet sich eine Verzahnung, die es der Federhaustrommel ermöglicht, mit dem Zentrumtrieb zu kämmen und das gesamte Räderwerk anzutreiben. MEHR ERFAHREN

–Die Zugfeder ist eine lange Stahlklinge mit rechteckigem Querschnitt. Indem sie sich nach der Vorspannung (Spannung oder Aufziehen) entspannt, liefert sie die für den Betrieb der Uhr notwendige Energie. MEHR ERFAHREN

–Die Federhauswelle. Das ist dieAchse des Federhauses, um die sich die Zugfeder aufwickelt. MEHR ERFAHREN

–Der Federhausdeckel. Sobald die Feder und die Federhauswelle korrekt im Inneren der Federhaustrommel positioniert sind, verschließt der Federhausdeckel das Ganze und schützt so die Zugfeder vor Staub. MEHR ERFAHREN

4. Zusammenbau des Federhauses

Der erste Schritt besteht darin, die Feder in die Federhaustrommel einzusetzen. Im Neuzustand werden Zugfedern aufgerollt und vorgespannt geliefert, umschlossen von einem Ring aus Aluminium. Es genügt also, die Feder in der Mitte der Trommel zu positionieren, sie bis zum Boden zu drücken und den Aluminiumring zu entfernen. Um eine entspannte Feder wieder einzusetzen, muss diese mit Hilfe eines Federwinders aufgewickelt (vorgespannt) werden, um sie anschließend zur Repositionierung der Feder im Inneren der Trommel zu verwenden. Moderne Federn sind selbstschmierend und benötigen keine Schmierung.

Nachdem die Zapfen der Federhauswelle, die es ihr ermöglichen, sich frei in der Trommel zu drehen, vorgängig geschmiert wurden, kann die Federhauswelle in der Mitte der Trommel positioniert werden, wobei darauf zu achten ist, dass sie durch die Mitte der ersten Windung der Zugfeder verläuft. Sobald die Federhauswelle korrekt positioniert ist, muss sich die erste (innere) Windung der Zugfeder um den Federkern der Welle wickeln.

Nachdem sichergestellt wurde, dass die Welle und die gesamte Länge der Feder gut am Boden der Trommel anliegen, kann das Ganze durch den Deckel verschlossen werden, der mittels einer Schwalbenschwanzpassung auf die Trommel aufgeklipst wird.

5. Funktionsweise

Aufziehen (Spannung) (Abbildung 3)

Letztes Element des Aufzugsmechanismus, das Sperrrad ist auf der Federhauswelle positioniert, mit der es durch eine quadratische Passung verbunden ist.

Dieses Vierkant ermöglicht es, die Federhauswelle über das Sperrrad in eine Drehbewegung zu versetzen, wenn sich der Aufzugsmechanismus dreht.

Während der Spannphase bleiben die Federhaustrommel und ihr Deckel fest, während sich die Welle frei um ihren Mittelpunkt dreht. Die Zugfeder wird an ihrem inneren Ende am Federkern der Welle mittels eines Hakens fest, während sich der Bügel an ihrem äußeren Ende an der Innenwand der Trommel festhakt. Indem sie sich um sich selbst dreht, zieht die Federhauswelle an der Klinge der Feder, die sich dann um den Federkern der Welle im Zentrum der Trommel wickelt. Der Sperrkegel der Spannung verhindert, dass die Federhauswelle und der gesamte Aufzugsmechanismus abrupt unter der Kraft der Zugfeder zurückschnellt und so seine Energie ungenutzt entweichen lässt.

Gang (Entspannung)

Sobald die Feder um die Federhauswelle gewickelt ist (Uhr aufgezogen, Feder gespannt), kann die darin enthaltene Energie nicht über die Federhauswelle entweichen. Obwohl die Feder versucht, die Welle in Drehung zu versetzen (Abbildung 2-1), wird diese, fest mit dem Sperrrad verbunden, durch die Wirkung der Aufzugsklinke blockiert (Abbildung 2-2). Von da an versetzt die Feder die Trommel durch Zug der Federbride in ihrer Aufnahme an der Innenwand der Trommel in eine Drehbewegung. Die Trommel dreht sich dann selbst um die Welle, die dabei feststeht. Bei ihrer Drehbewegung um die Federhauswelle greift die Verzahnung der Trommel in die Flügel des Zentrumtrieb ein, treibt diesen an und liefert so die gesamte für den Betrieb der Uhr erforderliche Energie (Abbildung 2-3).

Uhren mit mehreren Federhäusern

Um die Gangreserve und/oder um mehr Drehmoment zu erhalten, kann man die Anzahl der Federhäuser erhöhen. Ähnlich wie bei einem Stromkreis ermöglicht eine Reihenschaltung der Federhäuser (die beiden Federhäuser folgen einander in der kinematischen Kette) eine Erhöhung der Gangreserve, während ihr paralleler Betrieb (die beiden Federhäuser treiben gleichzeitig den Zentrumtrieb an) eine Erhöhung des auf das Uhrwerk übertragenen Drehmoments ermöglicht.

6. Berechnungen des Antriebsorgans