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Uhrwerk, Piezospiralfeder und entsprechende Verfahren

IP.com Disclosure Number: IPCOM000201850D
Publication Date: 2010-Nov-27
Document File: 79 page(s) / 4M

Publishing Venue

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Abstract

Es wird ein Uhrwerk beschrieben, das eine Unruh, die mit einer Schwingfrequenz um eine Unruhachse schwingt, ein Piezogenerator in Form einer Spiralfeder und eine Elektronik umfasst, um die Schwingfrequenz der Unruh zu regeln. Erfindungsgemäss ist die Elektronik auf diese Aufgabe angepasst, indem Massnahmen für ein sicheres Anlaufen, eine geringe Leistungsaufnahme, eine einfache Frequenzregelung, sowie einen geringen Platzbedarf vorgeschlagen werden.

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Uhrwerk, Spiralfeder und entsprechende Verfahren

Technisches Gebiet

       Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische
Uhr, deren Regelorgan, die Unruhe mit der Spiralfeder,
ersetzt wird durch ein Regelorgan mit einer besseren
Ganggenauigkeit. Erfindungsgemäss wird eine Unruhe mit
einer Spiralfeder aus piezoelektrischem Material und einer
kleinen, den Gang der Unruhe regelnden Elektronik
verwendet.

Stand der Technik

       Die Feder ist der Motor der mechanischen Uhr: Sie
wird entweder manuell oder durch das Tragen über den
automatischen Aufzugsmechanismus der Uhr am Handgelenk
aufgezogen und speichert so die Energie. Diese wird dann
kontinuierlich an das Räderwerk abgegeben. Das Räderwerk
ist eine Art Getriebe, das die große Energie des
Federhauses an kleine Räder (Minuten-, Kleinboden-,
Sekunden- und Ankerrad) abgibt und übersetzt. Die Hemmung
sorgt als Verbindungsglied zwischen Räderwerk und Unruh
für die Taktweitergabe und gibt über das Ankerrad und den
Anker die Antriebsenergie vom Federhaus an die Unruhe ab
und hält diese am Schwingen. Die Hemmung, gesteuert durch
das Regulierorgan, befreit und stoppt das Räderwerk in
sehr präzisen Intervallen. Die Unruh verhält sich ähnlich
wie ein Pendel, das immer mit Hilfe der Spiralfeder in die
Ruhelage zurückgeführt wird und sorgt so für den
gleichmäßigen Takt der Uhr. Bei den meisten modernen Uhren
schwingt die Unruh mit 8800A/h, also acht Mal pro Sekunde
oder fast 700'000 Mal pro Tag. Diese Intervalle bringen
die Zeiger dazu, die "richtige Zeit" auf dem Zifferblatt
anzuzeigen.


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       Die Unruh (oder genauer Unruh und Spiralfeder) ist
ein Schwingsystem bei dem die rotatorische kinetische
Energie einer sich drehenden Masse in die potentielle
Energie einer Spiralfeder umgesetzt wird. Wenn die Unruh
genau ausgewuchtet ist, ist die Schwingfrequenz des
Systems unabhängig von der Lage im Raum. Wenn die
Spiralfeder genau dem Hookeschen Gesetz folgt, ist das
System auch von der Schwingungsweite unabhängig
(isochrones Schwingen).

       Der Nachteil der mechanischen Uhr im Vergleich zur
elektronischen Uhr ist, dass der Gang der Armbanduhr durch
Lagenveränderungen, schwankende Temperatur, Magnetismus,
Staub, durch unregelmäßiges Aufziehen und Ölen nachteilig
beeinflusst wird.

       Aus der CH9766 ist ein Uhrwerk bekannt, dessen
Feder über ein Räderwerk eine Zeitanzeige und einen eine
Wechselspannung liefernden Generator antreibt. Der
Generator speist eine Spannungswandlerschaltung, die
Spannungswandlerschaltung speist ein kapazitives
Bauelement, und das kapazitive Bauelement speist eine
elektronische Referenzschaltung mit einem stabilen
Oszillator sowie eine elektronische Regelschaltung. Die
elektronische Regelschaltung weist eine Komparator-Logik-
Schaltung und eine mit einem Ausgang der Komparator-Logik-
Schaltung verbundene und durch die Komparator-Logik-
Schaltung in ihrer Leistungsaufnahme steuerbare
Energiedissipationsschaltung auf. Ein Eingang der
Komparator-Logik-Schaltung ist mit der elektronischen
Referenzschaltung und ei...