Mechanische Prinzipien › Die Funktionsweise des mechanischen Uhrwerks

VERTEILERORGAN – SCHWEIZER ANKERHEMMUNG

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Video: Diskussion über die Schweizer Ankerhemmung mit Dominique Büser

Tatsächliche Funktionsgeschwindigkeit (21’600 A/h)

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1. Allgemeines

Im Allgemeinen ist die Hemmung das Verteilerorgan einer Uhr, einer Pendeluhr oder einer Grossuhr. Die Schweizer Ankerhemmung wird für ihre Robustheit, ihre Präzision und ihre relativ einfache Herstellung geschätzt.

Von Anfang an hat sich diese Hemmung sowohl durch ihre technischen als auch durch ihre wirtschaftlichen Qualitäten als Norm durchgesetzt.

2. Geschichte

Die Schweizer Ankerhemmung entstand in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts und verbesserte die Prinzipien der älteren und weniger effizienten englischen Ankerhemmung.

Es war um 1842, als Georges-Auguste Leschot, ein Schweizer Uhrmacher, Uhrmacherin, zur Industrialisierung dieser Hemmung beitrug, was ihre großflächige Verbreitung ermöglichte. Im Laufe der Jahrzehnte haben die Schweizer Manufakturen sie perfektioniert und sie zu einer tragenden Säule der modernen Uhrmacherei gemacht.

3. Rolle der Hemmung

Die Hemmung hat zwei Hauptrollen. Sie muss zunächst das Räderwerk im Stillstand halten, um es punktuell und regelmäßig freizugeben. Denn wenn es die Hemmung nicht gäbe, würde die gesamte Energie des Federhauses würde sich in wenigen Sekunden über das durchgehende Räderwerk auflösen, das durchgehen würde. Die Hemmung blockiert also die Energie des Räderwerks und lässt sie punktuell … entweichen, was ihr ihren Namen einbringt. (Man bemerkt, dass in der obigen Animation links das Ankerrad (Hemmungsrad) in kleinen Sprüngen vorrückt, aber die meiste Zeit stillsteht).

Die Hemmung muss außerdem die Schwingungen des Regulierorgans aufrechterhalten, indem sie ihm einen regelmäßigen Impuls überträgt. Da das Regulierorgan ein Oszillator ist, hat die Hemmung auch die Aufgabe, eine lineare Bewegung (die Drehung des durchgehenden Räderwerks) in eine oszillierende Bewegung (die Schwingungen der Unruh-Spirale) umzuwandeln (obige Animationen).

4. Beschreibung und Bauteile

Die Schweizer Ankerhemmung gehört zur Familie der freien Hemmungen.

Die Schweizer Ankerhemmung besteht aus folgenden Elementen:

Das Ankerrad (Hemmungsrad). Es wird im Allgemeinen aus Stahl, aus Nickel-Phosphor (UV-LIGA) oder aus Silizium (DRIE)

Der Anker. Er wird im Allgemeinen aus Stahl gefertigt, sogar aus Messing oder aus Glucydur, mit Paletten aus Rubin, oder vollständig aus Nickel-Phosphor oder Silizium.

Die Doppelscheibe. Sie besteht aus der großen und der kleinen Scheibe, die durch ein Rohr miteinander verbunden sind. Sie wird aus relativ duktilen Materialien gefertigt, die sich zum Eintreiben eignen (Stahl, Messing oder Glucydur usw.). Silizium ist zu spröde und daher nicht für die Herstellung von Doppelscheiben geeignet. Der Ellipsenstift, in der Regel aus Rubin (synthetischer Korund), wird auf die große Scheibe geklebt oder gummiert.

5. Vor- und Nachteile der Schweizer Ankerhemmung

Vorteile

• Präzision : Die Schweizer Ankerhemmung ist eine ausgereifte Hemmung, die eine ausgezeichnete Ganggenauigkeit ermöglicht.
• Zuverlässigkeit : Sie ist besonders widerstandsfähig gegen Stöße und Lagenschwankungen. Damit eignet sie sich hervorragend für den Einsatz in Armbanduhren.
• Industrielle Produktion : Unabhängig von den bei der Herstellung ihrer Bauteile verwendeten Materialien ist die Produktion von Schweizer Ankerhemmungen beherrscht und wirtschaftlich.
• Kundendienst : Mit Ausnahme der Hemmungen aus Silizium kann die Schweizer Ankerhemmung leicht reguliert (Fertigstellung) werden, unabhängig vom Alter der Uhr.

Nachteile

• Reibungen: Obwohl die Materialien der Komponenten der Hemmung (Stahl-Rubin, Silizium) so gewählt werden, dass die Reibung minimiert wird, bleibt diese zahlreich. So interagieren die Stahlzähne des Ankerrads mit den Rubin-Paletten des Ankers ausschließlich durch Gleitreibung. Die Schweizer Ankerhemmung allein absorbiert etwa 30% der Nennenergie des Federhauses. Hemmungen aus Silizium erzielen heute bessere Wirkungsgrade.
• Wartung: Bei einer traditionellen Fertigung (Stahl und Rubin) erfordert sie eine sorgfältige Schmierung, die regelmäßig erneuert werden muss, um eine gute Leistung zu gewährleisten und den Verschleiß zu begrenzen. Hemmungen aus Silizium bieten ebenfalls eine Lösung für dieses Problem, da die meisten von ihnen ohne Schmierung funktionieren können.

6. Funktionsweise

Die Funktionsweise der Schweizer Ankerhemmung kann in vier Phasen unterteilt werden, die sich bei jeder Halbschwingung der Regulierorgan. Diese vier Phasen sind:

1. Die Ruhe
2. Die Auslösung
3. Der Impuls
4. Die Sicherheiten

Im Folgenden wird die Wirkung jedes Bauteils während jeder der vier Phasen im Detail beschrieben:

1. Die Ruhe

Während dieser Phase steht das gesamte Räderwerk still und wird von der Hemmung blockiert.

Doppelplateau:

Es ist das einzige Element der Hemmung, das sich dann noch bewegt.

Während der Ruhephase führt das Doppelplateau frei seinen aufsteigenden Zusatzbogen aus α, dann seinen absteigenden Zusatzbogen β (siehe unten, Abbildung 1, Punkt 1). Es handelt sich um den Winkel, den die Doppelrolle (und somit die Unruh) während der Stillstandsperiode des Ankerrads und des Ankers zurücklegt.

Anker:

Der Anker steht still. Der Stab des Ankers wird durch den Zahn des Ankerrads unter der Wirkung des Zugs gegen den Begrenzungsstift (nachfolgend, Abbildung 1, Punkt 2) in Anlage gehalten (siehe Registerkarte Der Zug).

Ankerrad (Hemmungsrad):

Wie der Anker steht auch das Rad still. Einer seiner Zähne liegt auf der Ruhefläche der Palette des Ankers an (siehe unten, Abbildung 1, Punkt 3).

Abbildung 1: Die Ruhe

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2. Die Auslösung

Während dieser Phase kehren das Ankerrad (Hemmungsrad) und das Räderwerk ganz leicht zurück.

Doppelrolle:

Die Phase der Auslösung beginnt, wenn der Ellipsenstift mit der Ankergabel in Kontakt kommt (Abbildung 2, Punkt 4). Die Auslösungsphase der Doppelrolle entspricht dem Winkel α den sie durchläuft, während der Ellipsenstift die Ankergabel des Ankers schiebt (Abbildung 3).

Anker:

Die Auslösungsphase des Ankers entspricht dem Winkel β den er während der Einwirkung des Zahns des Ankerrads (Hemmungsrad) auf die Ruhefläche der Palette durchläuft (Abbildung 3). Die Auslösungsphase endet, wenn sich der Zahn des Rades theoretisch auf dem Ruheschnabel der Palette befindet (Abbildung 4, Punkt 5).

Ankerrad (Hemmungsrad):

Durch den Hebel, den der Anker und seine Geometrie bilden, weicht das Ankerrad (Hemmungsrad) während der Auslösungsphase leicht zurück (geometrischer Rückgang, ca. 0,15-0,25°) und setzt dann seine Bewegung fort, indem es sich kurz von der Ruhefläche der Palette löst (dynamischer Rückgang, ca. 0,04°). Die Summe aus geometrischem und dynamischem Rückgang definiert den Winkel γ (Abbildung 3). Schliesslich nimmt das Ankerrad unter der Einwirkung der Antriebsenergie wieder seine gewohnte Drehrichtung auf. Wie beim Anker geht man davon aus, dass die Auslösungsphase endet, wenn sich der Zahn des Rades theoretisch auf der Ruheschnabel der Palette befindet (Abbildung 4, Punkt 5).

Abbildung 4

Ende der Auslösung

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3. Der Impuls

In dieser Phase überträgt die Hemmung die vom Federhaus über das Minutenräderwerk erhaltene Energie an das Regulierorgan.

Doppelplatte:

Der Beginn des Impulses erfolgt, wenn die Ankergabel den Ellipsenstift einholt (Abbildung 5, Punkt 6). Die Impulsphase der Doppelscheibe entspricht dem Winkel δ, der durchlaufen wird, während die Ankergabel den Ellipsenstift schiebt (Abbildung 6). Die Impulsphase beginnt vor dem Toten Punkt und endet nach diesem (Abbildung 7).

Anker:

Die Impulsphase des Ankers entspricht dem Winkel ε (Abbildung 6), den er beschreibt, während die Impulsschnabelspitze des Radzahns die Impulsfläche der Palette durchläuft. Die Impulsphase endet, wenn sich die Impulsschnabelspitze des Radzahns auf der Impulsschnabelspitze der Palette befindet (Abbildung 8).

Ankerrad (Hemmungsrad):

Die Impulsphase des Ankerrads (Hemmungsrad) entspricht dem Winkel, den es während der Einwirkung der Impulsfläche seines Zahns auf die Impulsfläche der Palette zurücklegt. Der Impuls beginnt, wenn die Ruhespitze der Palette in Kontakt mit der Impulsfläche der Palette kommt (Abbildung 5, Punkt 7) und endet, wenn die Impulsspitze des Zahns die Impulsspitze der Palette erreicht (Abbildung 8, Punkt 8).

Abbildung 8

Ende des Impulses

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4. Die Sicherheiten

Die Sicherheiten sind Winkel, die vom Ankerrad (Hemmungsrad) und dem Anker, völlig nutzlos, unmittelbar nach der Impulsphase.

Doppelrolle:

Zu Beginn der Sicherheitsphase verliert der Ellipsenstift den Kontakt mit der Ankergabel (Abbildung 9, Punkt 9). Die Doppelrolle beginnt dann frei ihren aufsteigenden zusätzlichen Bogen α‘ und anschließend ihren absteigenden zusätzlichen Bogen β‘ (Abbildung 9).

Anker:

Der Sicherheitswinkel des Ankers wird verlorener Weg genannt. Es handelt sich um den Winkel, den der Stab des Ankers zurücklegt, sobald der Zahn des Ankerrads mit der Ruhefläche der Palette in Kontakt tritt (Abbildung 10, Punkt 11) und dem Moment, in dem der Anker-Stab durch den Zug in Kontakt mit dem Begrenzungsstift kommt (Abbildung 11, Punkt 12).

Ankerrad (Hemmungsrad):

Der Sicherheitswinkel des Ankerrads (Hemmungsrad) wird Fall genannt. Der Fall entspricht dem Winkel, den das Rad zurücklegt, sobald einer seiner Zähne die Impulsebene der Palette verlässt (Abbildung 9, Punkt 10) und ein anderer Zahn in Kontakt mit der Ruheebene der anderen Palette kommt (Abbildung 10, Punkt 11).

Abbildung 11

Ende des verlorenen Wegs

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Hinweis:

Für eine vollständige Übersicht über die Funktionsweise der Schweizer Ankerhemmung siehe die beiden Animationen am Anfang dieser Seite.

7. Definition verschiedener Winkel

1. Die Doppelscheibe (de facto die Unruh)

Beschreibung der verschiedenen Winkel der Doppelrolle (und somit der Unruh) während zwei Halbschwingungen (einer Schwingung).

(*) Wichtig:

Wenn das Ankerrad (Hemmungsrad) seinen dynamischen Rücklauf ausführt (siehe Registerkarte Funktionsweise), setzt der Anker seine Bewegung fort, angetrieben durch den Ellipsenstift. Wenn das Ankerrad (Hemmungsrad) seine Vorwärtsbewegung wieder aufnimmt, findet der Zahn des Rades erneut Kontakt mit der Impulsfläche der Palette des Ankers, und die Impulsphase, die auf die Unruh übertragen wird, beginnt. Während dieser Periode wurde der Kontakt zwischen dem Ellipsenstift und der Ankergabel kurzzeitig unterbrochen, und die Doppelscheibe (und somit die Unruh) hat frei einen kleinen Winkel zwischen dem Ende der Auslösung und dem Beginn des Impulses zurückgelegt (Winkel, die oben als der freie Lauf der Unruh beschrieben wurden).

2. Der Anker

2.1 Gesamter Hebungswinkel (Abbildung 12)

Der gesamte Hebungswinkel des Ankers entspricht der Verschiebung des Stabs des Ankers zwischen den beiden Begrenzungsstiften (oder den Begrenzungssteinen). Er entspricht der Summe der Auslösungs-, Impuls- und Verlorener-Weg-Winkel, und sein Wert liegt im Allgemeinen zwischen 12° und 20°.

Abbildung 12

Hebungswinkel des Ankers

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2.2 Virtueller Eingriffswinkel (Abbildung 13)

Das ist der Winkel zwischen der Ruhefläche der Palette (vgl. Anker) und dem Punkt, an dem der Zahn des Ankerrads (Hemmungsrad) auf die Ruhefläche der Ankerpalette fällt.

2.3 Winkel des verlorenen Wegs (Abbildung 13)

Es handelt sich um den Winkel, den der Anker zwischen dem Ende des Impulses und dem Anschlag der Ankergabel am Begrenzungsstift (oder den Begrenzungssteinen) zurücklegt (vgl. Funktionsweise)

Abbildung 13

Winkel des virtuellen Eingriffs und des verlorenen Wegs des Ankers

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2.4 Winkel des Gesamteingriffs (Abbildung 14)

Der Winkel des Gesamteingriffs entspricht der Summe aus dem Winkel des virtuellen Eingriffs (Abbildung 13 – ) und dem verlorenen Weg (Abbildung 13 – )

Abbildung 14

Winkel des Gesamteingriffs des Ankers

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8. Organe, die das Ausschwingen verhindern

Während die Unruh ihren Zusatzbogen (aufsteigend oder absteigend) durchläuft, der Anker liegt aufgrund des Zugs (siehe Register Zug) an einem der beiden Begrenzungsstifte (oder den Bänken) an.

Wenn ein Stoss das Drehmoment des Zugs überwindet, schlägt der Anker gegen den anderen Begrenzungsstift um. Am Ende des zusätzlichen absteigenden Schwingbogens der Unruh stösst der Ellipsenstift gegen die Rückseite des Horns, was den sofortigen Stillstand der Uhr zur Folge hat. (Abbildung 15).

Abbildung 15

Ausschwing-Situation

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Um das Ausschwingen zu verhindern, verfügt die Schweizer Ankerhemmung über vier Organe:

• Der Sicherheitsstift
• Die kleine Platte
• Die Hörner
• Der Ellipsenstift

Wenn die Unruh ihren zusätzlichen Bogen durchläuft, stützt sich der Sicherheitsstift gegen den Umfang der kleinen Platte ab und verhindert, dass der Anker gegen den anderen Begrenzungsstift kippt und somit das Ausschwingen (Abbildung 16).

Abbildung 16

Bauteile, die das Ausschwingen verhindern (Sicherheitsstift und kleine Scheibe)

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Die kleine Scheibe weist eine Aussparung auf, die mit dem Ellipsenstift ausgerichtet ist. Während der Auslösungs- und Impulsphasen (siehe Funktionsweise) ermöglicht diese Aussparung dem Sicherheitsstift, hindurchzugehen, und dem Anker, normal von einem Stift zum anderen zu kippen. Während dieser Phasen ist es die Innenseite der Hörner, die gegen den Ellipsenstift anschlägt und so das Ausschwingen verhindert (Abbildung 17).

Abbildung 17

Organe, die das Ausschwingen verhindern (Horn und Ellipsenstift)

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9. Die Stösse

Die verschiedenen Stösse der Schweizer Ankerhemmung sind mit dem Ohr wahrnehmbar. Es handelt sich um das „Tick-Tack“ der mechanischen Uhren. Doch wenn das menschliche Ohr ein Tick oder ein Tack wahrnimmt, hat die Hemmung fünf Töne aufgrund von fünf Stössen erzeugt. Diese Töne liegen so nah beieinander, dass das Ohr nur einen einzigen wahrnimmt (ein Tick oder ein Tack).

Die Analyse dieser Töne anhand der Intensität jedes einzelnen und des Abstands zwischen ihnen ermöglicht es, Fehlfunktionen oder fehlerhafte Einstellungen der Hemmung zu erkennen. Ebenso ermöglichen die Diagramme einer Zeitwaage, die mit der Hemmung verbundenen Probleme zu identifizieren. Für jede Halbschwingung sind diese fünf Stösse die folgenden:

1. Die Auslösung
2. Der Beginn des Impulses des Ankerrads (Hemmungsrad)
3. Der Beginn des Impulses der Unruh
4. Das Ende des Falls
5. Das Ende des verlorenen Weges

1. Auslösung

Der erste Stoss einer Halbschwingung tritt auf, wenn der Ellipsenstift mit der Innenseite der Ankergabel in Kontakt kommt (Abbildung 18).

Abbildung 18

Stoss bei der Auslösung

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2. Beginn des Impulses des Ankerrads (Hemmungsrad)

Kurz nach der Auslösung fällt die Ruhespitze des Ankerrads (Hemmungsrad) auf die Impulsfläche der Palette. Dies ist der zweite Stoß (Abbildung 19).

Abbildung 19

Stoß beim Beginn des Impulses des Ankerrads (Hemmungsrad)

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3. Beginn des Impulses der Unruh

Die Ankergabel erfasst den Ellipsenstift und überträgt ihren Impuls auf die Unruh über den Doppelrolle. Das ist der dritte Stoß (Abbildung 20).

Abbildung 20

Stoß zu Beginn des Impulses der Unruh

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4. Ende des Falls

Ein Zahn des Ankerrads (Hemmungsrads) kommt mit der Ruhefläche einer Palette des Ankers (Abbildung 21) in Berührung.

Abbildung 21

Stoß am Ende des Falls des Ankerrads (Hemmungsrad)

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5. Ende des verlorenen Wegs

Schließlich, am Ende ihres verlorenen Wegs, kommt der Stab des Ankers mit einem der Begrenzungsstifte (oder eines Steges) in Kontakt (Abbildung 22).

Abbildung 22

Stoß am Ende des verlorenen Wegs des Ankers

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10. Analyse der Gangdiagramme

Die Geräte zur Kontrolle des Ganges von Uhren (Zeitwaagen), liefern zahlreiche Informationen wie den momentanen Tagesgang, dieAmplitude und den Wert des Merkzeichens. Eine gute Lektüre der von den Zeitwaagen gelieferten Diagramme ermöglicht es jedoch, zahlreiche Probleme im Zusammenhang mit dem Zeigerwerk, der Hemmung und dem Regulierorgan zu erkennen.

So zeigt das Diagramm bei einer fehlerfreien Funktion einer perfekt eingestellten Uhr eine einzige horizontale Linie (Abbildung 23).

Abbildung 23

Wenn das Merkzeichen zu groß ist, erscheinen zwei parallele Linien im Diagramm (Abbildung 24). Die Korrektur besteht darin, das Merkzeichen anzupassen (über den beweglichen Spiralklötzchenträger oder die Spiralrolle (Virole)), und anschließend den Gang neu einzustellen.

Abbildung 24

Wenn die Diagrammlinie ansteigend ist, geht die Uhr vor (Abbildung 25 links). Umgekehrt, wenn sie sinkt, geht die Uhr nach (Abbildung 25 rechts). Es geht dann darum, den Gang zu regulieren (durch Änderung der aktiven Länge der Spirale oder des Trägheitsmoments der Unruh).

Abbildung 25

In manchen Fällen wird bei den Gangmessungen des Uhrwerks sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Position eine Schwankung des Gangs festgestellt (Abbildung 26). Die Korrektur besteht in diesem Fall darin, die Begrenzungsstifte enger zu stellen.

Abbildung 26

Wenn das Diagramm eine regelmäßige Sinuslinie aufweist, ist es sinnvoll, das Zeitintervall zwischen jeder Spitze der Sinuskurve zu messen. Wenn die Frequenz der Drehgeschwindigkeit des Sekundenrads entspricht (60 Sek., wenn das Uhrwerk einen Zeiger für Sekunden besitzt), liegt ein Fehler der Unplanheit oder Unrundheit am Sekundenrad vor (Abbildung 27). Die Korrektur besteht dann darin, die Vernietung des Sekundenrads auf seinem Trieb zu prüfen und zu korrigieren oder das Sekundenrad auszutauschen.

Abbildung 27

Das Diagramm zeigt manchmal eine unregelmäßige und zufällige Linie. In solchen Fällen die Amplitude ist oft zu gering oder unterliegt zahlreichen Schwankungen (Abbildung 28). In einem solchen Fall wird empfohlen, eine vollständige Revision des Uhrwerks durchzuführen.

Abbildung 28

Wenn das Diagramm punktuell nahezu vertikale Linien aufweist, wenn die Geräusche der Hemmung sich überschlagen und unregelmäßig werden, und wenn eine starke Zunahme der Amplitude (oder der vollständige Verlust der Amplitudeninformation) festgestellt wird, bedeutet dies, dass die Amplitude punktuell zu hoch ist und dass die Unruh prellt (Abbildung 29). Man kann dann die Zugfeder durch eine Feder mit geringerem Drehmoment ersetzen oder den Wert des Gesamteingriffs der Paletten des Ankers ändern.

Abbildung 29

Mehrere unregelmässige Linien zeigen an, dass die Unruh ständig prellt (Amplitude zu gross) (Abbildung 30). Auch hier wird der Fehler behoben, indem man die Zugfeder durch eine Feder mit geringerem Drehmoment oder durch Änderung des Gesamteingriffs der Paletten.

Abbildung 30

Ein Diagramm, das eine Sinuskurve mit enger Frequenz (einige Sekunden) zeigt, weist auf ein Problem der Unrundheit des Ankerrads (Hemmungsrad) (Abbildung 31) hin. Es wird dann empfohlen, das Ankerrad zu ersetzen.

Abbildung 31

Wenn das Diagramm eine zufällige Linie zeigt, die einer geraden Linie überlagert ist, bedeutet dies, dass die Eingangspalette des Ankers klemmt oder verschmutzt ist (Abbildung 32). Es wird dann empfohlen, den Anker und das Ankerrad sorgfältig zu reinigen und gegebenenfalls den Anker oder die Eingangspalette zu ersetzen.

Abbildung 32

Die vertikalen Striche, die eine normale Ganglinie markieren, zeigen an, dass die Spirale punktuell die Rückerstifte berührt oder den Spiralklötzchen (Abbildung 33). Dieser Fehler wird behoben, indem die Geometrie und die Zentrierung der Spirale überprüft werden.

Abbildung 33

Eine Stabilisierung des Gangs und derAmplitude, die zwischen zwei Messpositionen zu langsam erfolgt, deutet auf ein Problem derSchmierung der Lager der Unruh oder des Gehwerks (Abbildung 34).

Abbildung 34

11. Der Ziehgang

Der Ziehgang ist eine Sicherung, die den Stab des Ankers gegen die Begrenzungsstifte gedrückt hält, während die Unruh ihren zusätzlichen Schwingbogen ausführt. Dies verhindert, dass der Sicherheitsstift mit dem Umfang der kleinen Rolle in Berührung kommt und die Periode des Regulierorgans stört.

Die mechanische Wirkung des Zugs resultiert aus dem Druck, den ein Zahn des Ankerrads (Hemmungsrad) auf die Ruhefläche der einen oder anderen Palette des Ankers ausübt.

So wirkt die Kraft F1, die vom Radzahn ausgeübt wird, senkrecht zur Ruhefläche der Palette und erzeugt über den Hebelarm der Distanz d1 mit dem Drehpunkt des Ankers ein Drehmoment. Dieses Drehmoment hat zur Folge, dass der Stab des Ankers mit einer Kraft F2 und einem Hebelarm d2, der der Distanz zwischen dem Drehpunkt des Ankers und der Mitte des Begrenzungsstifts entspricht, gegen den Begrenzungsstift gedrückt wird (Abbildung 35).

Abbildung 35

Der Anker wird so gegen den Begrenzungsstift gedrückt gehalten. Wenn ein Stoss die Kraft des Ziehens überwindet, bewegt sich der Anker, und der Sicherheitsstift kann kurzzeitig mit dem Umfang der kleinen Rolle in Berührung kommen, aber die Kraft des Ziehens bringt ihn sofort wieder in seine Ruhelage zurück.

Wert des Drehmoments des Ziehens

Das Drehmoment des Ziehens lässt sich durch folgende Berechnungen bestimmen:

Der Abstand d1 variiert je nach Wert des Winkels α gemessen am Ruhepunkt B1. Eine Änderung des Winkels α bewirkt somit eine Zunahme oder Abnahme des Kraftmoments M des Zugs (Abbildung 36).

Abbildung 36

Der Zugwinkel β ist der Wert zwischen einer am Ruhepunkt errichteten Senkrechten B auf der Linie, die diesen Punkt mit dem Drehpunkt des Ankers verbindet und der Ruheebene der Palette BP (Abbildung 37).

Abbildung 37

Wie wir soeben gesehen haben, wird der Eingriffswinkel β am Ruheschnabel B der Palette definiert. Man kann ihn auch am Ruhepunkt B1 der Palette definieren. In diesem Fall wird der Eingriffswinkel α genannt (Abbildung 38). So versteht man, dass sich während der Auslösung (siehe Funktionsweise) der Eingriffswinkel ändert von β bis α.

Abbildung 38

Der Ziehwinkel wird bei der Konstruktion der Hemmung festgelegt (idealerweise beträgt er 9° für die Kombination Ankerrad aus Stahl – Palette aus Rubin). Ein zu kleiner Ziehwinkel verringert jedoch die Kraft des Ziehens und reduziert somit dessen Sicherheit. Er erhöht zudem den Reibungskoeffizienten.

Umgekehrt erhöht ein zu großer Winkel das für die Auslösung erforderliche Kraftmoment und vergrößert den Rückwärtsdrehungswert des Ankerrads (Verlust des Impulswerts). Somit beeinträchtigt ein zu kleiner oder zu großer Ziehwinkel die regulierenden Eigenschaften des Regulierorgans. So lässt sich ein idealer Ziehwinkel definieren (für ein Ankerrad aus Stahl und Paletten aus Rubin), der im Allgemeinen zwischen 13° und 16° liegt.

Schließlich ist anzumerken, dass bei der Auslösung der Anzugswinkel auf der Einschnittpalette um den Winkel ε (β = α + ε) (Abbildung 38).

Während er sich auf der Austrittspalette um denselben Wert vermindert ε (β = α – ε) (Abbildung 39).

Abbildung 39

12. Stillstände auf den Ruhe- und Impulsflächen

1. Stillstand auf der Ruhefläche

Man beobachtet den Stillstand auf der Ruhefläche wenn das Uhrwerk vollständig gespannt ist. Man positioniert dann manuell die Unruh so, dass der Ellipsenstift sich am Anfang der Auslösungsphase befindet (siehe „Funktionsweise“) (Abbildung 40).

Abbildung 40

Wenn es der Unruh nicht gelingt, das Ankerrad (Hemmungsrad) von der Ruhefläche der Palette allein durch die Kraft der Spirale, geht man davon aus, dass das Uhrwerk einen Stillstand auf der Ruhefläche aufweist.

Der Stillstand auf der Ruhefläche ist am stärksten ausgeprägt, wenn das Uhrwerk maximale Spannung aufweist, da die vom Zahn des Ankerrads auf die Ruhefläche der Palette ausgeübte Kraft (und somit der Zug) dann maximal ist. Wie wir im Kapitel „Zug“ beschreiben, nimmt der Zug bei der Auslösung an der Einschnittpalette zu und bei der Auslösung an der Ausgangspalette ab.

Uhrwerke mit einem Durchmesser von mehr als 24 mm dürfen unter keinen Umständen einen Stillstand auf der Ruhefläche aufweisen. Ein Stillstand auf der Ruhefläche lässt sich jedoch bei einem Uhrwerk mit einem Durchmesser von weniger als 24 mm nicht vermeiden. Wenn nämlich die Größe des Uhrwerks verringert wird, nehmen das Trägheitsmoment und das Drehmoment der Spirale schneller ab als das Drehmoment der Zugfeder.

Bei Uhrwerken mit einem Durchmesser von weniger als 24 mm wird ein Stillstand auf der Ruhefläche nach 24 Stunden Gangdauer nicht toleriert, da die Schwierigkeit, die Auslösung zu bewirken, den Isochronismus des Regulierorgans erheblich stört.

1a. Ursachen des Stillstands auf der Ruhefläche

Die Ursachen für einen Stillstand auf der Ruhefläche können folgende sein:

• Ein Mangel an Freiheit oder eine unzureichende Schmierung der Triebe der Hemmung. (erkennbar an einer zu geringen Amplitude)
• Ein fehlerhafter Oberflächenzustand der Ruhefläche der einen oder anderen Palette oder eine unzureichende Schmierung des Ankerrads der Paletten.
• Ein fehlerhaftes Profil oder ein fehlerhafter Oberflächenzustand der Ruhefläche der Zähne des Ankerrads (Hemmungsrad).
• Ein zu großer Zugwinkel.
• Ein Mangel an Spiel des Ellipsenstifts in der Ankergabel des Ankers.
• Zu kurze Seiten des Einschnitts der Ankergabel, was zu einem Spiel des Sicherheitsstifts, das zu Beginn des zusätzlichen Bogens der Unruh zu groß ist, führt.
• Eine falsche Einstellung des Merkzeichens

Um den Stillstand auf der Ruhefläche zu vermeiden oder zu begrenzen (je nach Durchmesser des Uhrwerks), muss die Position der Unruh bestimmt werden, wenn der Stillstand auf der Ruhefläche auftritt. Es ist dann möglich, den Gesamteingriff jeder Palette zu verringern, um das Ende der Auslösung winkelmäßig zu verschieben, sodass sie vor der Stillstandsposition auf der Ruhefläche erfolgt. Diese Lösung führt jedoch zu einer Verringerung des Werts der verlorenen Wege.

Eine andere, schwieriger umzusetzende Lösung besteht darin, die Neigung der Impulsflächen der Paletten zu verstärken. Dies verringert den Wert des Gesamteingriffs, ohne den Winkel der verlorenen Wege zu verändern. Dabei ist darauf zu achten, einen ausreichenden Wert der virtuellen Eingriffe beizubehalten.

Bei der Entwicklung von Uhrwerken mit kleinem Durchmesser kann man das Anhalten auf der Ruhefläche minimieren, indem man das Verhältnis zwischen den Hebungswinkeln des Ankers und der Unruh vergrössert (siehe untenstehende Tabelle). Dies erfordert, den Durchmesser der Ellipsenscheiben zu verringern und die Ankergabel zu verlängern. So beginnt die Unruh ihre Auslösung mit einem grösseren Winkel als dem des Toten Punktes, was ihr Drehmoment erhöht und das Anhalten auf der Ruhefläche begrenzt. Ein hoher Hebungswinkel der Unruh erhöht jedoch den störenden Einfluss der Hemmung auf den Isochronismus des Regulierorgans.

2. Anhalten auf der Impulsfläche

Man beobachtet den Stillstand auf der Impulsebene, indem man die Zugfeder um zwei Zähne des Sperrrads spannt. Anschliessend positioniert man die Unruh manuell so, dass sich einer der Zähne des Ankerrads am Anfang der Impulsebene der Palette befindet (Abbildung 41). Wenn sich der Impuls durch diese geringe Antriebskraft nicht vollständig gibt, geht man davon aus, dass das Uhrwerk einen Stillstand auf der Impulsebene aufweist.

Abbildung 41

Alle Uhrwerke weisen einen Stillstand auf der Impulsebene auf. Um zu prüfen, ob dieser akzeptabel ist, spannt man die Zugfeder sehr allmählich, bis sich das Uhrwerk spontan in Gang setzt, wobei man sorgfältig die Drehung des Sperrrads beobachtet. Die zulässigen Werte, um den Stillstand auf der Impulsebene zu überwinden, sind wie folgt:

Uhrwerke mit kleinem Durchmesser: Inbetriebnahme nach 4 bis 5 Zähnen Spannung des Sperrrads.

Uhrwerke mit mittlerem Durchmesser: Inbetriebnahme nach 1/2 Umdrehung Spannung des Sperrrads.

Uhrwerke mit grossem Durchmesser: Inbetriebnahme nach 1 bis 2 Umdrehungen Spannung des Sperrrads.

2.a Ursachen für Stillstand auf der Impulsebene

Die Ursachen für Stillstand auf der Impulsebene können folgende sein:

• Ein Mangel an Antriebskraft (zu schwache Zugfeder, mangelnde Freiheit des Zeigerwerks-Räderwerks, Verzahnungsfehler, schlechte Schmierung).
• Ein Mangel an Freiheit des Ankers oder der Unruh.
• Ein fehlerhafter Oberflächen- oder Profilzustand der Impulsebene der Palette.
• Ein fehlerhafter Oberflächenzustand oder Profil der Impulsfläche der Zähne des Ankerrads.
• Eine mangelhafte Schmierung von Ankerrad und Anker.
• Ein fehlendes Spiel des Ellipsenstifts in der Ankergabel.
• Ein fehlerhafter Oberflächenzustand oder ein fehlerhaftes Profil des Einschnitts der Ankergabel.
• Eine falsche Einstellung der Merkzeichen.

Wichtig

Der Stillstand auf der Impulsfläche nimmt zu, je größer der Durchmesser des Uhrwerks wird. Es handelt sich dabei nicht wirklich um einen Fehler, da er weder die Genauigkeit des Uhrwerks noch den Isochronismus des Regulierorgans beeinträchtigt. Wenn er jedoch zu groß ist, ermöglicht er kein spontanes Anlaufen des Uhrwerks allein durch die Antriebskraft und erfordert es, der Unruh manuell einen ersten Impuls zu geben (zum Beispiel durch schnelles Drehen des Uhrwerks bzw. der Uhr).

Um die bestmögliche Regulierung und den bestmöglichen Isochronismus zu erhalten, ist es vorzuziehen, den Hebungswinkel der Unruh so gering wie möglich zu halten.

3. Zulässige Werte & Verhältnisse der Hebungswinkel