UNRUHFEDER MIT RAUTENFÖRMIGEM QUERSCHNITT FÜR EIN MECHANISCHES UHRWERK EINER KLEINUHR SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER UNRUHFEDER

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Unruhfeder für ein mechanisches Uhrwerk einer Kleinuhr, wobei die Unruhfeder als Spiralfeder ausgeführt ist und einen Windungsquerschnitt aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Windungsquerschnitt der Spiralfeder die Form einer Raute aufweist, wobei die Raute vier Seiten, zwei erste Ecken mit einem ersten Innenwinkel, zwei zweite Ecken mit einem zweiten Innenwinkel, eine erste Diagonale, welche die beiden ersten Ecken miteinander verbindet, und eine zweite Diagonale, welche die beiden zweiten Ecken miteinander verbindet, aufweist, wobei die erste Diagonale kürzer ist als die zweite Diagonale, und wobei der erste Innenwinkel größer ist als der zweite Innenwinkel.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Unruhfeder für ein mechanisches Uhrwerk einer Kleinuhr nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Unruhfeder für ein mechanisches Uhrwerk einer Armbanduhr oder einer Taschenuhr. Eine Unruhfeder der gattungsgemäßen Art ist als Spiralfeder ausgeführt und weist einen Windungsquerschnitt auf. Unter dem Windungsquerschnitt wird nicht der Querschnitt der kompletten Unruhfeder sondern der Querschnitt einer einzigen Windung der Unruhfeder verstanden. Die Unruhfeder bildet zusammen mit der sogenannten Hemmung den Gangregler eines mechanischen Uhrwerks und beeinflusst daher direkt die gleichmäßige Takten und die Genauigkeit des Uhrwerks.

[0002] Aus DE 10 2008 029429 A1 ist eine Unruhfeder nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs bekannt. Der Windungsquerschnitt ist bei dieser Feder rechteckig ausgeführt.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Unruhfeder der gattungsgemäßen Art vorteilhaft weiterzubilden.

[0004] Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einer Unruhfeder nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn der Windungsquerschnitt der Spiralfeder die Form einer Raute aufweist, wobei die Raute zumindest vier Seiten, zwei Ecken mit einem ersten Innenwinkel, zwei zweite Ecken mit einem zweiten Innenwinkel, eine erste Diagonale, welche die beiden ersten Ecken miteinander verbindet, und eine zweite Diagonale, welche die beiden zweiten Ecken miteinander verbindet, aufweist, wobei die erste Diagonale kürzer ist als die zweite Diagonale, und wobei der erste Innenwinkel größer ist als der zweite Innenwinkel.

[0005] Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Rautengeometrie die Spannungsverteilung und die unidirektionalen Schwingungen der Unruhfeder optimiert werden. Der rautenförmige Querschnitt wirkt sich auch selbstzentrierend auf den Bewegungsablauf der Unruhfeder aus und stabilisiert die Unruhfeder in der Schwingungsebene. Durch die Auslegung des Rautenprofils ist es möglich, das Flächenträgheitsmoment der Spiralfeder und damit die Federrate zu varüeren. Die Taktung des Uhrwerks kann somit präzise festgelegt werden, in dem die Geometrie des Rautenquerschnitts entsprechend festgelegt wird. Die erste kürzere Diagonale der Raute verläuft vorzugsweise parallel zur Erstreckungsebene der Unruhfeder. Die zweite längere Diagonale steht damit vorzugsweise senkrecht auf die Erstreckungsebene der Unruhfeder. Die zweite längere Diagonale verläuft damit vorzugsweise parallel zu einer Achse der Spirale.

[0006] Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0007] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die beiden zweiten Ecken der Raute, die durch die zweite Diagonale miteinander verbunden sind, parallel zur ersten Diagonale abgeschnitten, sodass die Raute zwei zusätzliche Seiten aufweist. Dadurch lässt sich zum einen die Federrate bei der Auslegung der Querschnittgeometrie äußerst einfach und präzise festlegen. Zum anderen wird bei dieser Ausführungsform die Herstellung der Unruhfeder vereinfacht.

[0008] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Abstand zwischen den beiden zuvor erwähnten zusätzlichen Seiten zwischen 0,05 mm und 0,2 mm. Dadurch eignet sich die erfindungsgemäße Unruhfeder besonders für das Uhrwerk einer Kleinuhr.

[0009] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die beiden zusätzlichen Seiten eine Länge zwischen 0,01 mm und 0,05 mm auf. Weiter vorzugsweise beträgt die Länge der ersten Diagonale zwischen 0,03 mm und 0,07 mm. Für den zweiten Innenwinkel des Profilquerschnitt hat sich weiter vorzugsweise ein Wert zwischen 3° und 30° als besonders vorteilhaft herausgestellt. Weiter vorzugsweise beträgt der zweite Innenwinkel zwischen 10° und 30°.

[0010] Die Fertigung der erfindungsgemäßen Unruhfeder vereinfacht sich deutlich, wenn der Übergang zwischen den beiden zusätzlichen Seiten und den jeweils angrenzenden Seiten der Raute in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abgerundet ist. Dabei liegt der Radius der Rundung weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 0,005 mm und 0,05 mm.

[0011] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Windungsquerschnitt sowohl in Bezug auf die erste Diagonale der Raute als auch in Bezug auf die zweite Diagonale der Raute symmetrisch ausgeführt. Dadurch lässt sich die Federrate besonders einfach und präzise festlegen. Diese Ausführungsform wirkt sich auch vorteilhaft auf die Fertigung der erfindungsgemäßen Unruhfeder aus.

[0012] Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Unruhfeder aus einem keramischen Material hergestellt. Dadurch ergeben sich zum einen besonders präzise Federeigenschaften. Zum anderen erlaubt diese Wahl des Materials eine besonders einfache Variierung des Windungsquerschnitts und damit eine besonders einfache Variierung in der Fertigung. Besonders geeignet für die Herstellung der erfindungsgemäßen Unruhfeder ist eine Glaskeramik. Eine geeignete Glaskeramik ist beispielsweise das von der Firma Schott AG unter dem Markennamen Zerodur vertriebene Glaskeramikmaterial. Die Unruhfeder kann alternativ auch aus einer Oxidkeramik, beispielsweise aus Zirkonoxid, gefertigt werden.

[0013] Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Unruhfeder bereit. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Unruhfeder aus einem Rohteil hergestellt, wobei das Rohteil aus einem keramischen Material besteht und mittels eines selektiven Laserabtragungsverfahrens derart strukturiert wird, dass sich der gewünschte Windungsquerschnitt einstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass Unruhfedern mit unterschiedlichen Windungsquerschnitten und damit auch unterschiedlichen Federeigenschaften aus ein und demselbem Grundkörper hergestellt werden können. Eine aufwändige und kostenintensive Herstellung unterschiedlicher Gussformen entfällt.

[0014] Bei dem Rohteil handelt es sich vorzugsweise um eine Scheibe. Weiter vorzugsweise ist die Scheibe kreisrund ausgebildet. Weiter vorzugsweise weist das Rohteil eine Dicke von 0,1 mm bis 0,25 mm auf.

[0015] Das Rohteil besteht aus einer Keramik und vorzugsweise aus einer Glaskeramik. Insbesondere kann das Rohteil aus dem von der Firma Schott AG unter dem Markennamen Zerodur vertriebenen Material bestehen. Alternativ kann das Rohteil auch aus einer Oxidkeramik bestehen. Hierbei eignet sich insbesondere Zirkoniumoxid. Das Rohteil kann dabei im Spritzgussverfahren hergestellt werden.

[0016] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf einer ersten Seite des Rohteils mittels Laser eine erste V-förmige Nut eingebracht, wobei auf der gegenüberliegenden zweiten Seite des Rohteils ebenfalls mittels Laser eine zweite V-förmige Nut eingebracht wird, derart, das erste und zweite Nut deckungsgleich übereinander liegen und zusammen einen Durchbruch bilden, der einzelne Windungen der Spiralfeder voneinander trennt. Vorzugsweise werden erste und zweite Nut nacheinander in die beiden gegenüberliegenden Seiten des Rohteils eingebracht, wobei das Rohteil nach der Herstellung der ersten Nut einfach gewendet wird, sodass die zweite Nut mit ein und derselben Laservorrichtung eingebracht werden kann. Die Tiefe der ersten Nut beträgt vorzugsweise etwas mehr als die Hälfte der Materialstärke des verwendeten Rohteils, sodass der Durchbruch auf einfache Weise erzeugt werden kann, indem die die zweite Nut mindestens bis zur Hälfte der Materialstärke des Rohteils in das Rohteil eingebracht wird.

[0017] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Durchführung des selektiven Laserabtragungsverfahrens ein Ultrakurzpulslaser verwendet. Dadurch ist ein präziser und rückstandsfreier Materialbtrag ohne problematische Wärmeübertragung möglich.

[0018] Die Erfindung stellt ferner ein Uhrwerk für eine Kleinuhr mit einer erfindungsgemäßen Unruhfeder bereit.

[0019] Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

[0020] Es zeigen:

Figur 1:

ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Unruhfeder in einer Draufsicht,

Figur 2:

den Windungsquerschnitt der erfindungsgemäßen Unruhfeder aus Figur 1 gemäß der in Figur 1 markierten Schnittlinie II,

Figur 3:

eine Detailansicht einer Ecke des Querschnittsprofils aus Figur 2,

Figur 4:

ein Rohteil in Form einer Scheibe, aus der die erfindungsgemäße Unruhfeder hergestellt wird, in einer Schrägansicht,

Figur 5:

die Scheibe aus Figur 4 nach Einbringen einer V-förmigen Nut in die Oberseite der Scheibe,

Figur 6:

einen Schnitt durch die Scheibe aus Figur 5 entlang der in Figur 5 eingezeichneten Schnittlinie VI, und

Figur 7:

den Schnitt aus Figur 6 mit gestrichelt eingezeichneter zweiter Nut auf der Unterseite der Scheibe.

[0021] Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.

[0022] Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Unruhfeder 1. Die Spiralform der Unruhfeder ist in dieser Ansicht deutlich zu erkennen.

[0023] Der Windungsquerschnitt der Unruhfeder 1 ist über die gesamte Länge des Federkörpers gleich. Lediglich beispielhaft wurde in Figur 1 eine Schnittebene II eingezeichnet. Der zugehörige Windungsquerschnitt ist in Figur 2 dargestellt. Wie die Abbildung zeigt, weist der Windungsquerschnitt 2 im Wesentlichen die Form einer Raute auf. Die Grundform der Raute weist vier Seiten 3, zwei erste Ecken 4 mit einem ersten Innenwinkel α, zwei zweite Ecken 5 mit einem Innenwinkel β, eine erste Diagonale 6, welche die beiden ersten Ecken miteinander verbindet, und eine zweite Diagonale 7, welche die beiden zweiten Ecken miteinander verbindet, auf. Die erste Diagonale 6 der Grundform ist kürzer als die zweite Diagonale 7.

[0024] Der eigentliche Windungsquerschnitt ergibt sich erst durch Abschneiden der beiden zweiten Ecken 5 parallel zur ersten Diagonale 6. Der eigentliche Windungsquerschnitt weist somit nicht vier sondern insgesamt sechs Seiten auf. Die beiden zusätzlichen Seiten, die sich durch Abschneiden des Rautengrundkörpers ergeben, sind in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet.

[0025] Der Abstand 9 zwischen den beiden zusätzlichen Seiten 8 beträgt erfindungsgemäß vorteilhafter Weise zwischen 0,05 mm und 0,2 mm. Die beiden zusätzlichen Seiten 8 weisen weiter vorzugsweise eine Länge zwischen 0,01 mm und 0,05 mm auf. Die Länge der ersten Diagonale beträgt weiter vorzugsweise zwischen 0,03 mm und 0,07 mm. Der zweite Innenwinkel β beträgt weiter vorzugsweise zwischen 3° und 30°. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der zweite Innenwinkel etwa 30°.

[0026] Um die Herstellung der erfindungsgemäßen Unruhfeder zu vereinfachen, ist der Übergang zwischen den beiden zusätzlichen Seiten 8 und den jeweils angrenzenden Seiten 3 der Raute abgerundet. Der Radius R der Rundung ist deutlich in Figur 3 zu sehen und beträgt zwischen 0,005 mm und 0,05 mm.

[0027] Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden gegenüberliegenden zweiten Ecken 5 jeweils auf gleicher Höhe abgeschnitten, sodass sich ein Windungsquerschnitt ergibt, der sowohl in Bezug auf die erste Diagonale 6 als auch in Bezug auf die zweite Diagonale 7 symmetrisch ausgeführt ist.

[0028] Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Unruhfeder beschrieben. Die Unruhfeder wird aus einem Rohteil hergestellt, das aus einem keramischen Material besteht. Vorzugsweise wird dabei ein Rohteil aus einer Glaskeramik verwendet.

[0029] Bei dem Rohteil handelt es sich um eine kreisrunde Scheibe 10, die in einer Schrägansicht in Figur 4 dargestellt ist. Die Scheibe 10 wird mittels eines selektiven Laserabtragungsverfahrens derart strukturiert, dass sich der gewünschte Windungsquerschnitt ergibt. Hierzu wird zunächst in die Oberseite 16 der Scheibe 10 durch den Laserstrahl 12 eines Ultrakurzpulslasers 11 eine erste V-förmige Nut 13 eingebracht. Die Nut 13 ist sowohl in Figur 5 als auch in der Schnittdarstellung aus Figur 6 zu erkennen. Die V-förmige Nut 13 markiert den Zwischenraum zwischen den späteren Windungen der Unruhfeder und ist daher selbst spiralförmig ausgebildet. Wie in Figur 6 gezeigt ist, beträgt die Tiefe der Nut etwas mehr als die Hälfte der Materialstärke der Scheibe 10. Der Nutgrund befindet sich daher in Figur 6 unterhalb der Linie 15, welche die Mitte der keramischen Scheibe 10 markiert.

[0030] Nachdem die erste Nut 13 in die Oberseite 16 der Scheibe 10 eingebracht wurde, wird die Scheibe 10 gewendet, sodass mit dem Laser 11 die Unterseite 17 der Scheibe strukturiert werden kann. In die Unterseite 17 wird mittels des Lasers nun ebenfalls eine V-förmige Nut eingebracht. Diese zweite V-förmige Nut ist in Figur 7 gestrichelt angedeutet und mit dem Bezugszeichen 14 versehen. Die beiden V-förmigen Nuten 13 und 14 sind deckungsgleich und bilden zusammen einen Durchbruch, der die einzelnen Windungen der Spiral-Unruhfeder voneinander trennt.

Ansprüche

1. Unruhfeder (1) für ein mechanisches Uhrwerk einer Kleinuhr, wobei die Unruhfeder als Spiralfeder ausgeführt ist und einen Windungsquerschnitt (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Windungsquerschnitt (2) der Spiralfeder die Form einer Raute aufweist, wobei die Raute zumindest vier Seiten (3), zwei erste Ecken (4) mit einem ersten Innenwinkel α, zwei zweite Ecken (5) mit einem zweiten Innenwinkel β, eine erste Diagonale (6), welche die beiden ersten Ecken miteinander verbindet, und eine zweite Diagonale (7), welche die beiden zweiten Ecken miteinander verbindet, aufweist, wobei die erste Diagonale kürzer ist als die zweite Diagonale, und wobei der erste Innenwinkel größer ist als der zweite Innenwinkel.

2. Unruhfeder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten Ecken (5), die durch die zweite Diagonale (7) miteinander verbunden sind, parallel zur ersten Diagonale (6) abgeschnitten sind, so dass die Raute zwei zusätzliche Seiten (8) aufweist.

3. Unruhfeder (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (9) zwischen den beiden zusätzlichen Seiten (8) zwischen 0,05 mm und 0,2 mm beträgt.

4. Unruhfeder (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zusätzlichen Seiten (8) eine Länge zwischen 0,01 mm und 0,05 mm aufweisen.

5. Unruhfeder (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der ersten Diagonale (6) zwischen 0,03 mm und 0,07 mm beträgt.

6. Unruhfeder (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Innenwinkel β zwischen 3° und 30° beträgt.

7. Unruhfeder (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Innenwinkel β zwischen 10° und 30° beträgt.

8. Unruhfeder (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen den beiden zusätzlichen Seiten (8) und den jeweils angrenzenden Seiten (3) der Raute abgerundet ist, wobei der Radius (R) der Rundung zwischen 0,005 mm und 0,05 mm beträgt.

9. Unruhfeder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Windungsquerschnitt sowohl in Bezug auf die erste Diagonale (6) der Raute als auch in Bezug auf die zweite Diagonale (7) der Raute symmetrisch ausgeführt ist.

10. Unruhfeder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unruhfeder (1) aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus einer Glaskeramik, besteht.

11. Uhrwerk für eine Kleinuhr, mit einer Unruhfeder (1), gekennzeichnet durch eine Unruhfeder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Verfahren zur Herstellung einer Unruhfeder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Unruhfeder als Spiralfeder ausgeführt ist und einen Windungsquerschnitt (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unruhfeder aus einem Rohteil (10) hergestellt wird, wobei das Rohteil aus einem keramischen Material besteht und mittels eines selektiven Laserabtragungsverfahrens derart strukturiert wird, dass der Windungsquerschnitt der Spiralfeder die Form einer Raute aufweist, wobei die Raute zumindest vier Seiten (3), zwei erste Ecken (4) mit einem ersten Innenwinkel α, zwei zweite Ecken (5) mit einem zweiten Innenwinkel β, eine erste Diagonale (6), welche die beiden ersten Ecken miteinander verbindet, und eine zweite Diagonale (7), welche die beiden zweiten Ecken miteinander verbindet, aufweist, wobei die erste Diagonale kürzer ist als die zweite Diagonale, und wobei der erste Innenwinkel größer ist als der zweite Innenwinkel.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohteil (10) eine Scheibe ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohteil (10) eine Dicke von 0,1 mm bis 0,25 mm aufweist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Seite (16) des Rohteils (10) mittels Laser eine erste V-förmige Nut (13) eingebracht wird, wobei auf der gegenüberliegenden zweiten Seite (17) des Rohteils (10) ebenfalls mittels Laser eine zweite V-förmige Nut (14) eingebracht wird, derart, dass erste und zweite Nut (13, 14) deckungsgleich übereinander liegen und zusammen einen Durchbruch bilden, der einzelne Windungen der Spiralfeder voneinander trennt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druchführung des selektiven Laserabtragungsverfahrens ein Ultrakurzpulslaser (11) verwendet wird.

Zeichnung