ПРУЖИНА БАЛАНСА С РОМБОВИДНЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ЧАСОВОГО МЕХАНИЗМА МАЛЫХ ЧАСОВ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРУЖИНЫ БАЛАНСА Российский патент 2022 года по МПК G04B17/06 

Настоящее изобретение относится к пружине баланса (волоску) для механического часового механизма малых часов согласно ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения. В частности изобретение относится к пружине баланса для механического часового механизма наручных часов или карманных часов. Пружина баланса соответствующего типа выполнена в виде спиральной пружины и имеет поперечное сечение витка. Под поперечным сечением витка понимается не поперечное сечение всей пружины баланса, а поперечное сечение одного единственного витка пружины баланса. Пружина баланса образует вместе с так называемым спуском регулятор хода механического часового механизма и влияет поэтому непосредственно на равномерность тактов и точность часового механизма.

Из DE 10 2008 029429 A1 известна пружина баланса согласно ограничительной части независимого пункта формулы изобретения. Поперечное сечение витка выполнено у этой пружины прямоугольным.

Задача данного изобретения предпочтительно улучшить пружину баланса, соответствующую типу.

Задача решается с помощью признаков независимого пункта 1 формулы изобретения. В соответствии с ним соответствующее изобретению решение задачи имеется у пружины баланса согласно ограничительной части независимого пункта 1 формулы изобретения в том случае, если поперечное сечение витка спиральной пружины имеет форму ромба, причем ромб имеет, по меньшей мере, четыре стороны, два угла с первым внутренним углом, два вторых угла со вторым внутренним углом, первую диагональ, которая соединяет оба первых угла друг с другом, и вторую диагональ, которая соединяет оба вторых угла друг с другом, причем первая диагональ короче, чем вторая диагональ, и причем первый внутренний угол больше, чем второй внутренний угол.

Данное изобретение предоставляет то преимущество, что за счет геометрии ромба оптимизируются распределение напряжений и однонаправленные колебания пружины баланса. Ромбовидное поперечное сечение сказывается также самоцентрирующим образом на характере движений пружины баланса и стабилизирует пружину баланса в плоскости колебаний. Посредством расчета параметров профиля ромба возможно варьировать момент инерции поверхности спиральной пружины и тем самым жесткость пружины. Тактирование часового механизма может таким образом точно задаваться, благодаря тому, что соответствующим образом задается геометрия поперечного сечения ромба. Первая более короткая диагональ ромба проходит предпочтительно параллельно к плоскости распространения пружины баланса. Вторая более длинная диагональ стоит тем самым предпочтительно перпендикулярно к плоскости распространения пружины баланса. Вторая более длинная диагональ проходит тем самым предпочтительно параллельно к оси спирали.

Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления данного изобретения оба вторых угла ромба, которые соединены друг с другом второй диагональю, отрезаны параллельно к первой диагонали, так что ромб имеет две дополнительные стороны. Вследствие этого с одной стороны можно крайне просто и точно задавать жесткость пружины при расчете параметров геометрии поперечного сечения. С другой стороны, упрощается в этом варианте осуществления изготовление пружины баланса.

Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления данного изобретения расстояние между обеими вышеупомянутыми дополнительными сторонами составляет от 0,05 мм до 0,2 мм. Вследствие этого соответствующая изобретению пружина баланса наиболее хорошо подходит для часового механизма малых часов.

Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления данного изобретения обе дополнительные стороны имеют длину от 0,01 мм до 0,05 мм. Далее предпочтительно длина первой диагонали составляет от 0,03 мм до 0,07 мм. Далее предпочтительно для второго внутреннего угла поперечного сечения профиля наиболее предпочтительным оказалось значение между 3° и 30°. Далее предпочтительно второй внутренний угол составляет от 10° до 30°.

Изготовление соответствующей изобретению пружины баланса существенно упрощается, если переход между обеими дополнительными сторонами и примыкающими в каждом случае сторонами ромба закруглен в дальнейшем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения. При этом радиус закругления находится далее предпочтительно в диапазоне от 0,005 мм до 0,05 мм.

В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения поперечное сечение витка выполнено симметричным как в отношении первой диагонали ромба, так и в отношении второй диагонали ромба. Вследствие этого можно наиболее просто и точно задавать жесткость пружины. Этот вариант осуществления также предпочтительно сказывается на изготовлении соответствующей изобретению пружины баланса.

Согласно дальнейшему наиболее предпочтительному варианту осуществления данного изобретения пружина баланса изготовлена из керамического материала. Вследствие этого возникают с одной стороны наиболее точные свойства пружины. С другой стороны, этот выбор материала позволяет наиболее простое изменение поперечного сечения витка и тем самым наиболее простое изменение в изготовлении. Наиболее подходящей для изготовления соответствующей изобретению пружины баланса является стеклокерамика. Подходящей стеклокерамикой является, например, продаваемый компанией Schott AG под торговой маркой Zerodur стеклокерамический материал. Пружина баланса может альтернативно изготавливаться также из оксидной керамики, например из оксида циркония.

Данное изобретение указывает также способ изготовления соответствующей изобретению пружины баланса. Согласно соответствующему изобретению способу пружина баланса изготавливается из заготовки, причем заготовка выполнена из керамического материала и структурируется при помощи селективного лазерного снятия таким образом, что устанавливается необходимое поперечное сечение витка. Соответствующий изобретению способ предоставляет то преимущество, что пружины баланса с различными поперечными сечениями витка и тем самым также с различными свойствами пружины могут изготавливаться из одного и того же основного тела. Трудоемкое и дорогостоящее изготовление различных литейных форм отпадает.

Говоря о заготовке, речь идет предпочтительно о пластине. Далее предпочтительно пластина выполнена круглой. Далее предпочтительно заготовка имеет толщину от 0,1 мм до 0,25 мм.

Заготовка выполнена из керамики и предпочтительно из стеклокерамики. В частности, заготовка может состоять из продаваемого компанией Schott AG под торговой маркой Zerodur стеклокерамического материала. Альтернативно заготовка может также состоять из оксидной керамики. При этом подходит в частности оксид циркония. Заготовка может изготавливаться при этом посредством способа литья под давлением.

Согласно наиболее предпочтительному исполнению соответствующего изобретению способа на первой стороне заготовки выполняется лазером первый V–образный паз, причем на противоположной второй стороне заготовки также выполняется лазером второй V–образный паз таким образом, что первый и второй паз расположены конгруэнтно друг над другом и образуют совместно пролом, который отделяет отдельные витки спиральной пружины друг от друга. Предпочтительно первый и второй паз выполняются последовательно на обеих противоположных сторонах заготовки, причем заготовка после изготовления первого паза просто переворачивается, так что второй паз может выполняться одним и тем же лазерным устройством. Глубина первого паза составляет предпочтительно немного больше половины толщины материала использованной заготовки, так что пролом может создаваться простым образом благодаря тому, что второй паз выполняется в заготовке, по меньшей мере, до половины толщины материала заготовки.

Согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению способа для выполнения селективного лазерного снятия применяется ультракороткий импульсный лазер. Вследствие этого возможен точный и безостаточный съем материала без проблематичного переноса тепла.

Изобретение предоставляет далее часовой механизм для малых часов с соответствующей изобретению пружиной баланса.

Пример осуществления данного изобретения разъясняется далее более подробно на основе чертежа. На чертеже показаны:

фиг. 1 – пример осуществления соответствующей изобретению пружины баланса на виде сверху;

фиг. 2 – поперечное сечение витка соответствующей изобретению пружины баланса с фиг. 1 по обозначенной на фиг. 1 линии II разреза;

фиг. 3 – подробный вид угла профиля поперечного сечения с фиг. 2;

фиг. 4 – заготовка в виде пластины, из которой изготавливается соответствующая изобретению пружина баланса, на виде в перспективе;

фиг. 5 – пластина с фиг. 4 после выполнения V–образного паза на верхней стороне пластины;

фиг. 6 – разрез пластины с фиг. 5 по обозначенной на фиг. 5 линии VI разреза; и

фиг. 7 – разрез с фиг. 6 с обозначенным пунктиром вторым пазом на нижней стороне пластины.

Для следующих исполнений имеет место, что одинаковые части обозначаются одинаковыми ссылочными позициями. Если на фигуре имеются ссылочные позиции, которые не обсуждаются более подробно в сопутствующем описании фигуры, то делается ссылка на предшествующие или последующие описания фигур.

Фиг. 1 показывает вид сверху примера осуществления соответствующей изобретению пружины 1 баланса. На этом виде можно отчетливо увидеть спиральную форму пружины баланса.

Поперечное сечение витка пружины 1 баланса одинаково по всей длине тела пружины. Лишь в качестве примера была обозначена на фиг. 1 плоскость II разреза. Соответствующее поперечное сечение витка изображено на фиг. 2. Как показывает изображение, поперечное сечение 2 витка имеет по существу форму ромба. Основная форма ромба имеет четыре стороны 3, два первых угла 4 с первым внутренним углом α, два вторых угла 5 с внутренним углом β, первую диагональ 6, которая соединяет оба первых угла друг с другом, и вторую диагональ 7, которая соединяет оба вторых угла друг с другом. Первая диагональ 6 основной формы короче, чем вторая диагональ 7.

Действительное поперечное сечение витка получается лишь за счет отрезания обоих вторых углов 5 параллельно к первой диагонали 6. Фактическое поперечное сечение витка имеет таким образом не четыре, а в целом шесть сторон. Обе дополнительные стороны, которые получаются за счет обрезания основного тела ромба, обозначены на чертеже ссылочной позицией 8.

Расстояние 9 между обеими дополнительными сторонами 8 составляет согласно изобретению предпочтительно от 0,05 мм до 0,2 мм. Обе дополнительные стороны 8 имеют далее предпочтительно длину от 0,01 мм до 0,05 мм. Длина первой диагонали составляет далее предпочтительно от 0,03 мм до 0,07 мм. Второй внутренний угол β составляет далее предпочтительно от 3° до 30°. В показанном примере осуществления второй внутренний угол составляет примерно 30°.

Для того чтобы упрощать изготовление соответствующей изобретению пружины баланса, переход между обеими дополнительными сторонами 8 и примыкающими в каждом случае сторонами 3 ромба закруглен. Радиус R закругления можно отчетливо увидеть на фиг. 3, и он составляет от 0,005 мм до 0,05 мм.

В показанном примере осуществления оба противоположных вторых угла 5 отрезаны в каждом случае на одинаковой высоте, так что получается поперечное сечение витка, которое выполнено симметричным как в отношении первой диагонали 6, так и в отношении второй диагонали 7.

Далее описывается соответствующий изобретению способ изготовления соответствующей изобретению пружины баланса. Пружина баланса изготавливается из заготовки, которая выполнена из керамического материала. Предпочтительно используется при этом заготовка из стеклокерамики.

Говоря о заготовке, речь идет о круглой пластине 10, которая изображена на виде в перспективе на фиг. 4. Пластина 10 структурируется при помощи селективного лазерного снятия таким образом, что получается необходимое поперечное сечение витка. Для этого сначала на верхней стороне 16 пластины 10 выполняется лазерным лучом 12 ультракороткого импульсного лазера 11 первый V–образный паз 13. Паз 13 можно увидеть как на фиг. 5, так и на изображении в разрезе с фиг. 6. V–образный паз 13 отмечает промежуточное пространство между будущими витками пружины баланса и потому сам выполнен в виде спирали. Как показано на фиг. 6, глубина паза составляет несколько больше половины толщины материала пластины 10. Дно паза находится поэтому на фиг. 6 ниже линии 15, которая обозначает середину керамического пластины 10.

После того, как первый паз 13 был выполнен на верхней стороне 16 пластины 10, пластина 10 переворачивается, так что лазером 11 может структурироваться нижняя сторона 17 пластины. На нижней стороне 17 выполняется лазером теперь также V–образный паз. Этот второй V–образный паз обозначен на фиг. 7 пунктиром и снабжен ссылочной позицией 14. Оба V–образных паза 13 и 14 конгруэнтны и образуют совместно пролом, который отделяет отдельные витки спиральной пружины баланса друг от друга.

Использование: настоящее изобретение относится к пружине баланса (волоску) для механического часового механизма малых часов. Сущность: пружина баланса с ромбовидным поперечным сечением для механического часового механизма малых часов, причем пружина баланса выполнена в виде спиральной пружины и имеет поперечное сечение витка. Согласно изобретению предусмотрено, что поперечное сечение витка спиральной пружины имеет форму ромба, причем ромб имеет четыре стороны, два первых угла с первым внутренним углом, два вторых угла со вторым внутренним углом, первую диагональ, которая соединяет оба первых угла друг с другом, и вторую диагональ, которая соединяет оба вторых угла друг с другом, причем первая диагональ короче, чем вторая диагональ, и причем первый внутренний угол больше, чем второй внутренний угол. Технический результат: стабилизация пружины баланса в плоскости колебаний, повышение точности, варьирование жесткости пружины, упрощение изготовления. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Пружина (1) баланса для механического часового механизма малых часов, причем пружина баланса выполнена в виде спиральной пружины и имеет поперечное сечение (2) витка, отличающаяся тем, что поперечное сечение (2) витка спиральной пружины имеет форму ромба, причем ромб имеет по меньшей мере четыре стороны (3), два первых угла (4) с первым внутренним углом α, два вторых угла (5) со вторым внутренним углом β, первую диагональ (6), которая соединяет оба первых угла друг с другом, и вторую диагональ (7), которая соединяет оба вторых угла друг с другом, причем первая диагональ короче, чем вторая диагональ, и причем первый внутренний угол больше, чем второй внутренний угол.

2. Пружина (1) баланса по п. 1, отличающаяся тем, что оба вторых угла (5), которые соединены друг с другом второй диагональю (7), отрезаны параллельно первой диагонали (6), так что ромб имеет две дополнительные стороны (8).

3. Пружина (1) баланса по п. 2, отличающаяся тем, что расстояние (9) между обеими дополнительными сторонами (8) составляет от 0,05 мм до 0,2 мм.

4. Пружина (1) баланса по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что обе дополнительные стороны (8) имеют длину от 0,01 мм до 0,05 мм.

5. Пружина (1) баланса по любому из пп. 2-4, отличающаяся тем, что длина первой диагонали (6) составляет от 0,03 мм до 0,07 мм.

6. Пружина (1) баланса по любому из пп. 2-5, отличающаяся тем, что второй внутренний угол β составляет от 3° до 30°.

7. Пружина (1) баланса по п. 6, отличающаяся тем, что второй внутренний угол β составляет от 10° до 30°.

8. Пружина (1) баланса по любому из пп. 2-7, отличающаяся тем, что переход между обеими дополнительными сторонами (8) и примыкающими в каждом случае сторонами (3) ромба закруглен, причем радиус (R) закругления составляет от 0,005 мм до 0,05 мм.

9. Пружина (1) баланса по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что поперечное сечение витка выполнено симметричным как в отношении первой диагонали (6) ромба, так и в отношении второй диагонали (7) ромба.

10. Пружина (1) баланса по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что пружина (1) баланса выполнена из керамического материала, предпочтительно из стеклокерамики.

11. Часовой механизм для малых часов, включающий в себя пружину (1) баланса, отличающийся пружиной (1) баланса по любому из пп. 1-10.

12. Способ изготовления пружины (1) баланса по любому из пп. 1-10, причем пружина баланса выполнена в виде спиральной пружины и имеет поперечное сечение (2) витка, отличающийся тем, что пружину баланса изготавливают из заготовки (10), причем заготовка выполнена из керамического материала, и ее структурируют при помощи селективного лазерного снятия таким образом, что поперечное сечение витка спиральной пружины имеет форму ромба, причем ромб имеет по меньшей мере четыре стороны (3), два первых угла (4) с первым внутренним углом α, два вторых угла (5) со вторым внутренним углом β, первую диагональ (6), которая соединяет оба первых угла друг с другом, и вторую диагональ (7), которая соединяет оба вторых угла друг с другом, причем первая диагональ короче, чем вторая диагональ, и причем первый внутренний угол больше, чем второй внутренний угол.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что заготовка (10) является пластиной.

14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что заготовка (10) имеет толщину от 0,1 мм до 0,25 мм.

15. Способ по любому из пп. 12-14, отличающийся тем, что на первой стороне (16) заготовки (10) выполняют лазером первый V–образный паз (13), причем на противоположной второй стороне (17) заготовки (10) также выполняют лазером второй V–образный паз (14) таким образом, что первый и второй пазы (13, 14) расположены конгруэнтно друг над другом и образуют совместно пролом, который отделяет отдельные витки спиральной пружины друг от друга.

16. Способ по любому из пп. 12-15, отличающийся тем, что для выполнения селективного лазерного снятия применяют ультракороткий импульсный лазер (11).