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Video: Kinematik des Zähl- und Übertragungsorgans (Minutenräderwerk)
1. Funktion
Das Zähl- und Übertragungsorgan einer mechanischen Uhr ist das Minutenräderwerk.
Seine Aufgabe ist es, die direkt vom Antriebsorgan (Federhaus) empfangene Energie bis zum Regulierorgan (Unruh-Spirale) über die Hemmung (Verteilung). Durch die gewählte Frequenz des Regulierorgans und die Berechnung der Getriebeverhältnisse dreht sich jedes Rad (Räderwerk) mit einer unterschiedlichen, festgelegten und präzisen Geschwindigkeit. Diese Eigenschaft ermöglicht es, die verschiedenen Informationen des Zifferblatts (Stunden, Minuten, Sekunden usw.) zu verteilen und anzuzeigen und jedes einzelne mit seiner eigenen Geschwindigkeit anzutreiben (Zählen).
2. Beschreibung und Bestandteile
Das Zähl- und Übertragungsorgan besteht aus verschiedenen Rädern.
Jedes Rad besteht aus einem Trieb aus Stahl, dessen Zähne „Flügel“ genannt werden, und einem Rad (meist aus Messing) die auch an ihrem Umfang verzahnt ist. Das Ritzel stellt die Achse des Rads dar, und die Radscheibe ist fest damit vernietet.
Wenn das Ritzel eine vollständige Umdrehung ausführt, vollzieht auch das dazugehörige Rad eine vollständige Umdrehung.
Je nach Konstruktion des Uhrwerks kann die Anzahl der Räder im Feinräderwerk variieren (in der Regel zwischen 4 und 6).
Das Minutenrad (manchmal auch großes Zwischenrad genannt), direkt angetrieben vom Federhaus und trägt üblicherweise den Zeiger der Minuten (1 U/h).
Das Kleinbodenrad (manchmal auch als kleines Wechselrad bezeichnet) ist ein Zwischenrad, das die richtigen Getriebeverhältnisse in der gesamten kinematischen Kette ermöglicht.
Das Sekundenrad, welches sich im Allgemeinen am anderen Ende des Minutenrad-Räderwerks befindet, trägt (manchmal) den Sekundenzeiger und dreht sich somit 60 Mal schneller als das Minutenrad, um genau in einer Minute eine vollständige Umdrehung auszuführen.
Das Hemmungstrieb. Obwohl es zusammen mit dem Hemmungsrad das Hemmungsrad-Mobile bildet, gehört nur das Trieb noch zum Zähl- und Übertragungsorgan.Das Hemmungsrad gehört hingegen zum Verteilerorgan (der Hemmung).
3. Funktionsweise
Multiplikatives Räderwerk
Das Minutenrad-Räderwerk ist ein multiplikatives Räderwerk, was bedeutet, dass sich in der kinematischen Kette jedes Mobile schneller dreht als das ihm vorausgehende, nach dem Prinzip treibendes Rad-getriebenes Trieb; wobei jedes Rad das Trieb des nächsten Mobiles antreibt.
Übersetzungsverhältnisse
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Um dies zu verstehen, nehmen wir das Beispiel eines Rades mit 100 Zähnen, das mit einem Trieb mit 10 Flügeln kämmt.
Wenn 10 Zähne des Rades mit den 10 Flügeln des Triebs gekämmt haben, hat das Rad eine Zehntelumdrehung ausgeführt, während der Trieb eine vollständige Umdrehung vollzogen hat. Man spricht dabei von einer Getriebeübersetzung von 10 (siehe Reiter Berechnungen des Zähl- und Übertragungsorgans)
Drehgeschwindigkeit der Räder
Unter Berücksichtigung der Frequenz des Regulierorgans lässt sich die Drehgeschwindigkeit jedes Rades des Zeigerwerks leicht bestimmen, indem man die entsprechenden Getriebeübersetzungen berechnet (siehe Reiter Berechnungen des Zeigerwerks). So ist das Minutenrad, das in der Regel in der Mitte des Werkplatte, treibt im Allgemeinen direkt denZeiger der Minuten an. Man berechnet also das Räderwerk so, dass das Minutenrad (Zentrumrad) eine Umdrehung in 60 Minuten macht. Ebenso trägt das Sekundenrad häufig den Zeiger der Sekunden. In diesem Fall wird das Räderwerk also so berechnet, dass das Sekundenrad eine Umdrehung in 60 Sekunden macht, und das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Minutenrad (Zentrumrad) und dem Sekundenrad beträgt somit 60 (das Sekundenrad dreht sich 60-mal schneller als das Minutenrad (Zentrumrad)).
Positionierung (Lage) der Räder
Sobald sie korrekt ineinandergreifen, unterliegt die Positionierung der Räder auf der Werkplatte keiner besonderen Regel. Obwohl bekannt ist, dass eine Anordnung der Achsen der verschiedenen Räder auf einer geraden Linie eine ideale Kraftverteilung und einen optimalen Wirkungsgrad gewährleistet, ist diese Konstruktion aufgrund der damit verbundenen Platzbeschränkungen selten.
Das Minutenrad (Zentrumrad) wird im Allgemeinen in der Mitte der Werkplatte platziert, um den Minutenzeiger zu tragen. Das Sekundenrad, das einen Sekundenzeiger tragen kann, kann so positioniert werden, dass es die Sekunden je nach Wahl beispielsweise bei 6 Uhr oder bei 9 Uhr anzeigt. Die Steuerung der Lagerungen des Vorlaufwerks ermöglicht somit insbesondere die Verwaltung der Verteilung der Anzeige auf der Oberfläche des Zifferblatts.
Wirkungsgrad
Das Vorlaufwerk unterliegt den Reibungen der Getriebe und der Zapfen in ihren Lagern (Steine). Man geht im Allgemeinen davon aus, dass das Vorlaufwerk (Zähl- und Übertragungsorgan) 30 % der Nennenergie des Federhauses dissipiert. Die Hemmung (Verteilerorgan) absorbiert ebenfalls 30 % der Energie, sodass nur 30 % der Nennenergie des Federhauses das Regulierorgan erreichen.
Es ist daher von grundlegender Bedeutung, die Reibungen des Räderwerks so weit wie möglich zu minimieren. Die Auswahl und Kombination der Materialien (Rad aus Messing, Trieb aus Stahl, Steine aus Korund), die Bearbeitung der Bauteile (Politur der Zahnungen, Rundschleifen der Zapfen), das Profil der Zahnungen, das eine Rollreibung statt einer Gleitreibung begünstigt, und natürlich eine einwandfreie Schmierung ermöglichen es, die Reibungen des Räderwerks auf ein Minimum zu reduzieren.
4. Berechnungen des Zähl- und Übertragungsorgans
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