UHRENLEHRE Die wichtigsten mechanischen, physikalischen und technologischen Grundsätze für den Bau der Uhrwerke in elementarer Darstellung für Fachschulen und zum Selbstunterricht, für

Konstrukteure und Reparateure

von

Professor W. SANDER t Diplom-Ingenieur, ehern. Vorstand der Württemb. Fachschule für Feinmechanik und Uhrmacherei in Schwenningen a. N.

Bearbeitet, ergänzt und herausgegeben

von

M. LOESKE, Berlin

M i t 152 Ab b i l d u n g e n

LEIPZIG

Verlag der Uhrmacher-Woche Wilhelm Diebener

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Einleitung

Begriff der Uhr. - Jede Vorrichtung, die zur Messung der Zeit dient, sei es durch Teile mit gleichförmiger Bewegung oder durch Teile, die nach gleichen Zeitzwischenräumen in Bewegung kommen, heißt Uhrwerk. In diesem Buche werden nur diejenigen Zeitmesser behandelt, deren Teile durch Räder in Bewegung gesetzt werden, also dio Räder­uhren im Gegensatz zu den Sonnenuhren, Wasseruhren usw.

Allgemeiner Aufbau der Uhren. - Der wichtigste Teil des Uhrwerkes ist derjenige, welcher die zur Zeitmessung benutzte gleichförmige Bewegung erzeugt, also das Gehwerk. Mit diesem ist meist unmittelbar das Zeigerwerk ver­bunden, das durch Zeiger und Zifferblatt, Zahlenscheiben und andere Mittel den Ablauf der Zeit auffällig anzeigt. Das Uhrwerk kann auch noch andere ·werke enthalten: ein Schlagwerk, das den Ablauf bestimmter Zeitabschnitte hörbar bezeichnet, ein Weckerwerk, das für einen be­liebig einstellbaren Zeitpunkt ein weithin hörbares Zeichen (Glockensignal, Musikstück) abgibt, Signal- und Schalt­werke, die zu bestimmten, beliebig vielen Zeitpunkten elek­trische Kontakte schließen, ein Laufwerk auslösen, um Läute­werke, elektrische Lampen und andere mechanische und elek­trische Apparate und Mechanismen in Tätigkeit zu setzen, Datum werke, die auch größere Zeiträume, Tage, Wochen, Monate, Jahre anzeigen, endlich Kalenderwerke, welche die in den Kalendern enthaltenen Angaben (Schalttage, kirch­liche Feste, Stand der Sonne, die Jahreszeiten, die Mond­phasen, Sternstellungen und andere astronomische Angaben) sichtbar machen.

Alle diese Werke erhalten ihre bewegende Kraft ent­weder unmittelbar vom Gehwerk, oder sie worden nur recht­zeitig vom Gehwerk, der Seele der ganzen Uhr, ausgelöst.

Einteilung der Uhren nach Aufbau, Größe, Zweck. -Wohl keine mechanische Vorrichtung wird in so verschiedenen Größen und in so verschiedenen Formen ausgeführt wie die Uhren. Die Bezeichnungen zeigen deshalb auch eine sinn­verwirrende Mannigfaltigkeit. Der Uhrmacher unterscheidet Großuhren und Taschenuhren, wobei Großuhren alle Uhren genannt werden, welche nicht als Taschenzeitmesser gebraucht werden. Das Zifferblatt z. B. kann alle Durch-

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messer von etwa 15 mm bis zu 8 m erhalten! Die Taschen­uhren haben Zifferblätter bis zu etwa 50 mm Durchmesser. Die kleineren Uhren mit Zifferblättern bis zu einem äußeren Durchmesser von etwa 30 mm heißen Damenuhren, die größeren werden als Herrenuhren bezeichnet. Hieran schließen sich der Größe nach Nippuhren, Baby-Wecker, Ameri­kaner-Wecker, Kamin- und Tischuhren, Wand- und Zimmeruhren, Dielen uhren, Ha usuhren, Turmuhren. Nach ihrer Verwendung gelten für gewisse Arten größerer Uhren die Bezeichnungen: Marine-, astronomische, Nor­mal-, Haupt-, Neben-, Registrier-, Kontroll-, Schalt­und Signal- Uhr. Chronometer sind Präzisionsuhren mit sehr vollkommenem Gang. Nach dem Gangregler unter­scheidet man Pendel- und Unruhuhren, nach der Hem­mung Spindel-, Zylinder-, Duplex-, Anker- und Ohr ono­metergang-Taschenuhren. Die Großuhren werden selten nach der Hemmung bezeichnet. Nach der Aufzugsvorrichtung sind die Schlüssel- und Kronenaufzug-Taschenuhren benannt, Wenn die Werkplatten und andere wichtige Teile (Kloben, Triebe) voll gelassen oder vielmehr aus dem Vollen heraus­gearbeitet sind, so spricht man von massiven Uhren, von Amerikanerwerken dagegen, wenn diese Teile zwecks Materialersparnis durchbrochen und durch Ausstanzen her­gestellt und sogenannte Hohltriebe angewendet sind. Sc h a­blonenuhren sind solche Taschenuhren, die in großer Anzahl in genau gleichmäßiger Werkführung mit genau passenden Ersatzteilen hergestellt sind. Spieluhren, Kuckucksuhren, Datum uhren, A rnerik anerwec ker sind nach der be­sonderen Werkeigenart benannt; Jockele- und Schotten­uhren heißen die alten kleinen und mittleren Schwarz­wälder Wand-(Pendel-)uhren. Je nachdem das Schlagwerk ausgeführt ist, spricht man von Uhren mit Stundenschlag, mit Halbschlag, mit Viertelschlag und mit Wiederholungs­schlag (Repetierschlagwerk). Kunstuhren werden solche Uhren genannt, die sich durch komplizierten Aufbau, Ver­einigung vieler Werke usw. auszeichnen (große und kleine Standuhren, Turmuhren).

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Inhalts-Verzeichnis Vorwort des Herausgebers • Einleitung . . . . . . .

I. Kapitel

Das Gehwerk Allgemeines . . . . . . . . . Die Kraftübertragung in der Uhr . . . . Der Einfluß der Reibung . . . . . . .

II. Kapitel

Die Antriebvorrichtungen Der Gewichtszug . Gangdauer und Fallhöhe . . . . Die bewegliche Rolle • . . . . . Der Kettenaufzug . . . . . . . Das Gegengesperr mit Hilfsaufzug . . . . Sperräder und Sperrkegel oder Sperrklinken

IIL Kapitel

Der Federaufzug Das bewegliche Federhaus • . . . . Das feste Federhaus . . . • . . . V er gleich der beiden Anordnungen . Aufzugeinrichtungen bei Taschenuhren Der Kronenaufzug . . . . . . . . Die Kraftübertragung beim Aufzuge . . . . Die geometrischen Verhältnisse des Federhauses Die Länge der Feder . . . . . . . . . Die Gangdauer der Federzuguhr • . . .

IV. Kapitel

Die Kraft der Zugfeder und ihre Berechnung Die freie Feder . . . . . . Formfehler der Zugfeder . . . . Versuche an einem Federhause . . Federkraftkurven . . . . . . . Die mechanische Arbeit der Feder . . Vorausberechnung eines Federhauses .

V. Kapitel

Die Änderung der Federkraft Die Stellung . . Die Schnecke . Verschiedene Antriebe

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9 10 12

14 15 16 17 18 21

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VI. Kapitel

Das Laufwerk Das Gestell, die Werkplatten Werkplattengrößen Wellen, Zapfen, Lager . . . . Die Wellenzapfen . . . . . • . . Reibungskoeffizient und Reibungswinkel . . . Bestimmung der Zapfendicke und der Zapfenlänge Die Biegungsbeanspruchung und der Lagerdruck . . . . . . . Berechnung der Wellen- und Zapfendurchmesser nach dem Biegungs-

moment Die Steinlager . . Die Kugellager . .

VII. Kapitel

Verzahnungen und Eingriffe Verzahnungen und Eingriffe . . . . . . . . . Die Profilkurven: 1. Die Zykloiden . . . .

2. Die Evolventen . . . . . . . Die Zykloiden-Rad- und -Triebverzahnung (Stirnräder) Die Evolventenverzahnungen . Die Kegelräder . . . . . . . . . Andere Verzahnungsformen . . . . Die Festigkeitsrechnung für Radzähne Herstellung der Zahnräder . . . Fehler in den Verzahnungen . .

VIII. Kapitel

Laufwerksberechnungen Laufwerksberechnungen . . . . . . . . Berechnungsbeispiele . . . . . . . .

IX. Kapitel

Die Hemmungen Die Einteilung der Hemmungen . . . . Der Grahamgang . . . . . . . . . . Einfluß der Hemmung auf den Gangregler

A. Hemmungen mit Ruhereibung Der Grahamgang . . • . . . . . . Der Stockuhrgang (Hakengang) . . . . Der Schwarzwälder- oder Blechankergang Der Rollengang . . . . . . . . . . Der Röllchengang . . . . . . . Der Brocotgang . . . Der eigentliche Stiften- oder Scherengang Der Spindelgang

oder mit Rückfall.

Unruh-Hemmungen mit Ruhereibung. Der Zylindergang • . . . . . . . Der Duplexgang . . . . . . . .

B. Die freien Anker- und Federhemmungen. 1. Der freie Ankergang . . Der Spitzzahn-Ankergang .

72 78 7~ 80 80 82 83

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Der Kolbenzahn-Ankergang Der Stiftenankergang . . . . Konstruktion und Berechnung der Ankergänge 2. Die Chronometer-(Feder-)Hemmungen

C. Hemmungen mit gleichem, unveränderlichem Antriebe Der Denison-Gang . Der Riefler-Gang . Der Strasser-Gang .

Die Schwingungsgesetze .

A. Das Pendel

X. Kapitel

Die Gangregler

Das Trägheitsmoment . . Der Einfluß der Aufhängung . . . . . . . . Bestimmung von Pendellänge und Schwingungszeit Störungen des Isochronismus . . . . . . . .

Einfluß des Luftwiderstandes . . . . Luftdruckkompensation . . . . . .

Die Temperaturkompensation . . . . . Die Ausführung der Kompensationspendel

1. Ausgleich an der Aufhängung . . 2. Ausgleich an der Pendellinse . . Die Quecksilberkompensationspendel 3. Ausgleich an der Pendelstange Die Rostpendel . . .

Die Nickelstahlpendel . . Das Rieflerpendel Das Quarzpendel . . . . Die Einzelteile der Pendel

B. Unruh und Spiralfeder Die Störungen der Unruhschwingung Die Zapfenreibung . . . . . . . . . . . . . . . . Wirkung der Temperaturänderungen; Kompensationsunruhen Die Nickelstahl-Unruhen . . . . . Die Spiralfedern . . . . . . . . Der Isochronismus . . . . . . . Die Endkurven . . . . . . . . Die Lage des inneren Befestigungspunktes

186 189 190 200 209 210 211 217

221 222

223 225 229 238 242 242 243 244 246 246 248 249 252 253 256 257 258 259 265 273 274 275 282 283 288 290 296

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Stichwortregister A

Abbiegungspunkt 229. Abfallregulierung 263. Adhäsion 80. Airy's HUfskompensation 280. Alterungsverfahren, künstliches, b.

Rieflerpendel 257. Amerikanerwecker 75. Amerikanerwecker-Berechnung 131. Ankergabellänge 185. Ankergang, freier 178. Ankergangberechnung 190. Antrieb 9, 71. Antriebvorrichtungen 14. Arnold, John 201, 276. Auf- und Abwerk 70. Aufbau, allgem.einer, der Uhren 7. Aufhängung, Emfluß der 229. Auflageteller des Pendels 252, 262. Aufradlinie 99. Aufzug, Kraftübertragung beim 34. Aufzugseinrichtung 29. Ausdehnungskoeffizient,linearer 244. Auslösungswiderstand 150.

B Bandkette 17. Befestigungspunkt, innerer 296. Begriff der Uhr 7. Berechnung eines Achttageuhr-Lauf-

werkes 136. - eines Amerikanerweckers 131. - der Ankergänge 190. - eines englischen Ankeruhrlauf-

werkes 136. - eines Glashütter Ankeruhrlauf­

werkes 136. - einer GlashütterAnkerhemmung

194. - eines Jahresuhrlaufwerkes 127. - einer Registrieruhr 138. - eines See-Chronometerlaufwerkes

130. - eines Sekundenpendeluhr-Lauf­

werkes 120. - einer Spitzzahnankerhemmung

191. - einer Stiftenankerhemmung

(Wecker) 197.

Berechnung eines Stutzuhrlauf­werkes 125.

- von Taschenuhrlaufwerken 132, 137, 138.

- der Zylinderhemmung 168. Berthoud, Ferdinand 201. Biegungsbeanspruchung 36, 83. Biegungsmoment 85. Blechankergang 158. Breguet-Spiralfeder 287. Bremse 65. Brocotgang 160. Brückenuhr 75. Bügelaufzug 29.

c Chronometer, Berechnung eines

See-rv-Laufwerkes 130. Chronometerhemmungen 200.

D Deckstein 90. Denisonhemmung 210. Drehmoment 45. Duplexhemmung 174. - für Uhren mit springendem Se­

kundenzeiger 176.

E Earnshaw, Thomas 201. . Ehrlich's ZügelkompensatiOn 280. Eingriffe 93. Eingriffslinie 103. Einleitung 7. Einteilung der Uhren 7. - der Hemmungen 140. Elastizitätsgrenze 36. Elastizitätskoeffizient 276, 286. Elinvarspiralfeder 282, 295. Ellicott's Pendel 248. Ellipsenräder 114. Endkurven 290. Epizykloide 98. Ergänzungsbogen 149. Evolventenkurven 97, 101. Evolventenverzahnung 109.

F Fallhöhe 15, 16. Feder, Formfehler der 48.

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Feder, freie 43. -, mechanische Arbeit der 59. Federaufzug 24. Federdicke 35. Federhaus, bewegliches 24, 28. -, festes 27, 28. -, fliegendes 27. Federhausberechnung 60. Federhausverhältnisse, geometrische

35. Federkraft 43. Federkraftänderung 61. Federkraftkurven 56. Federlänge 39. Festigkeitsrechnung für Radzähne

114. Flankenlänge 94. Frästiefe 95.

G Gabellänge 185. Galoppieren, das 176, 208. Gangdauer 15, 42, 119. Gangkurve 279. Gangregler 221. Gangregler, seine Beeinflussung

durch die Hemmung 146. Gegengesperr 18, 28, 123. Gehwerk 9. Geradflankenverzahnung 101. Gesperre 21. Gestell 72. Gewichtsform 14. Gewichtszug 14. Glashütter Uhr 77. Graham, George 148, 165, 246, 249,

252. Grahamgang 141, 148. Grossmann, Julius 289,292,293,294. Guillaume, Dr. Ohr. Ed. 256, 282.

H Hakengang 154. Halbsekundenpendel 239. Hardy's Pendel 256. Harrison, John 201. Harrison's Gegengesperr 19. Hebung 142. Hemmungen 139. Hemmungseinteilung 140. Hilfsaufzug 18, 28, 123. Hilfskompensation 280. Hohltrieb 107. Huygens'sche Aufhängung 233. Huygens'scher Gewichtsaufzug 21. Hyperbolische Räder 111, 114. Hypozykloide 100.

I Innenverzahnung 114. Inradlinie 100. Invarunruh 282. Isochronismus 140, 146, 221, 288. -, Störungen des "-' 242.

J Jahresuhrberechnung 127. Jürgensen, Urban 165, 201. Jürgensen's Pendel 253.

K Kegelräder 111. Kettenaufzug 17. Kettenrad 17. Kolbenzahnankergang 181, 186. Kompensation 244. Kompensationspendel 246. Kompensationsunruhen 275. Kopfkreis 94. Körnerlager 92. Kraftübertragung in der Uhr 10. - beim Aufzug 34. Kronenaufzug 29. Kronräder 113. Kugellager 92. Kurven, End-"-' 290. -, Federkraft-"-' 56. Kutter's Kompensationspendel 250.

L Lager 79. Lagerdruck 80, 83. Lange, Adolf 186 Laternentrieb 107. Laufwerk 72. Laufwerkberechnung 118. Leitlinie 110. Le Roy, Pierre 201, 276. Luftdruckausgleicher vonRiefler'243. Luftdruckkompensation 243. Luftwiderstand, dessen Einfluß 242,

275. M

Mechanische Arbeit der Zugfeder, 59. Modulteilung 96. Mudge's Anker 179.

N Nickelstahlpendel 256. Nickelstahlspiralfeder 282. Nickelstahlunruh 282.

0 (Hsenkung 79, 90. Olung der Zugfeder 49.

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p Pendel 223. -, freies 146. Pendelfeder 229, 259. - und Isochronismus 230. Pendelgabel 262. Pendellänge und Schwingungszeit

238. Pendellinse 261. Pendelstange 260. Phillips, Ed. 289, 290. Pierre Le Roy 201, 276. Profilkurve 97. Punktverzahnung 107.

Q Quarzpendel 258. Quecksilber-Kompensationspendel

249. Querschnitt, gefährlicher 85.

R Rechenankergang 178. Registrieruhrberechnung 138. Reguliervorrichtungen der Pendel

262. Reibung 49, 98. Reibungsarbeit 82. Reibungseinfluß 12. Reibungskoeffizient 80, 183. Reibungswinkel 80, 183. Reisewecker 74. Richtkraft 223, 265. Rieflerhemmung 211. Rieflerpendel 257. -, Nachrechnung der Schwingungs-

dauer 233. Riefler's Luftdruckausgleicher 243. Riefler's Quecksilberpendel 251. Ringkette 17. Rolle, bewegliche 16. Rollengang 158. Röllchengang 159. Boskopfuhr 198. Rostpendel 253. Rückfallhemmungen 148. Ruhereibung, Hemmungen mit ('-.)

164. Rutschen der Feder 47, 55, 56.

s Sartoris Quarzpendel 258. Schaltrad, Schaltklinke 23. Scherengang 162. Schlüsseluhren 29, 76. Schnecke 64.

Schneckenräder 111, 114. Schneidenaufhängung 229. Schraubenräder 111. Schwarzwälder Ankergang 158. Schwerkrafthemmungen 210. Schwingungsgesetze 222, 266. Schwingungsmittelpunkt 237. Schwingungsstörungen 273. Schwingungszahlen 119. Schwingungszeit und Pendellänge

238. Seechronometer-Berechnung 130. Sekundenpendellänge 239. Sekundenpendeluhr-Berechnung 120. Sperrhaken 22. Sperrkegel, Sperrklinke 18,~21. Sperräder 21. Spindelgang 163. Spiralfeder 265, 283. -, flache 286. -, Breguet-"-' 287. -, zylindrische 287. Spiralstifte 287. Spitzenlager 92. Spitzzahnankergang 181, 182. Steinfassungen 89. Steinfutter 91. Steinlager 88. Stellung 62. Sternzeitpendel 241. Stiftengang für Pendeluhren 162. Stiftenankergang 181, 183. Stockuhrgang 154. Störungen der Unruhschwingung 273. Strass er gang 217. Stutzuhrberechnung 125.

T Taschenchronometer 207. Taschenuhrlaufwerk-Berechnungen

132, 136, 137, 138, Tavannes-Sperrvorrichtung 32. Teilkreise 94. Teilung 94. Teilungsfehler 117. Temperaturänderung 275. Temperaturkompensation 244. Thury, Prof. 257. Tompion, Thomas 165. Tourbillon 220. Trägheitsmoment 225. Triebstockverzahnung 107. Triebstock-Zahnstange 113.

u ijberkompensation 278. Ubersetzung 95.

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Umdrehungszahl bei der Federwelle 36.

Unruh 265. Unruhen, Nickelstahl-''-' 281.

V Verzahnungen 93. Verzahnungsfehler 116, Vorwort 5.

w Wälzung 95. Wälzungszahl 120. Wärmehilfskompensation 280. Weckerberechnung 131. Wellen 79. Wellenberechnung nach dem

Biegungsmoment 85. Werkplatten 72. Werkplattengrößen 78. W estminstergang 210. Winnerl's Unruh 281.

Wippenhemmung 205. Wolfszähne 110.

z Zahnreibung 35. Zahnstangen 113. Zahnteilung 94. Zapfen 79. Zapfenberechnung nach dem

Biegungsmoment 85. Zapfendruck beim Gesperr 32. Zapfenreibung 274. Zügelkompensation 280. Zuggewichtllform 14. Zugkraftberechnung 50, 123. Zugwinkel 183. Zugwirkung 184. Zweisekundenpendel 239. Zykloidenkurve 97, 98. Zylindergang 164. - -Einbau 170. Zylindertabelle, Sievertsehe 170.

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Die Nickelstahl-Unruhen. Auch für den Aufbau der Unruhen für feine Uhrwerke

hat diese wertvolle Legierung einen großen Fortschritt ge­bracht. Zunächst wurde der Nickelstahl (mit rund 33°/0 Nickel) für den Reifen und die Schenkel der Kompensationsunruhen verwendet. Da die Ausdehnung durch Temperaturänderung sehr klein ist, konnte man die freien Längen des auf­geschnittenen Reifens verkleinern; es entstand die Form, wie sie in der Abbildung 140 dargestellt ist. Da nun aber die Änderung des Unruhhalbmessers, wie früher erklärt, nur einen geringen Anteil an der Gangänderung hat, so mußte die Kompensation noch immer ziemlich stark bleiben.

Es hat sich aber aus den Studien des Dr. Guilla ume ergeben, wie man bei bestimmter Zusammensetzung des Nickelstahles (mit rund 27 °/0 Nickel) auch erreichen könne, daß nicht nur der Ausdehnungskoeffizient sehr klein ausfällt, sondern daß auch die Elastizität sich in ziemlich weiten Temperaturgrenzen nahezu ungeändert er­hält.

Man hat zur Invar-Unruh noch die Nickelstahlspirale hinzugefügt, welche heute die besten Gangresultate möglich macht.

Mit dieser Spiralfeder war zwar immer noch eine Kom­pensation notwendig, dieselbe konnte jedoch viel schwächer sein, so daß man auf die Hilfskompensationen vollständig verzichten konnte. Diese finden deshalb heute nur höchst seltC:m noch Anwendung. Bei manchen Chronometerprüfungs­stellen werden nur noch Nickelstahlspiralen zugelassen, von denen die neue Elinvarspiralfeder des Dr. Guillaume das Ideal einer Spiralfeder darstellt, da die Elinvarlegierung die Anwendung einmetalliger Unruhen, wie man sie bisher nur in gewöhnlichen Uhren angewendet hat, auch in sehr feinen Taschenuhren und sogar in Chronometern möglich machte. Allerdings ist man genötigt, sie mit einer Unruh zusammen­wirken zu lassen, die aus einem in Hinsicht auf seine Aus­dehnbarkeit entsprechend gewählten Metall besteht, so daß die Änderung ihres Trägheitsmoments mit der Temperatur die Wirkungen der Ausdehnung der Spiralfeder und des geringen Restes der Veränderung ihres Thermoelastizitäts­koeffizienten aufhebt. Da sich nun aber bei einer einmal gegebenen Verbindung einer Elinvarspiralfeder mit einer einmetalligen Unruh keinerlei Nachhilfen zur völligen Er­reichung jenes Zieles mehr vornehmen lassen, so hat man doch wieder zu einer Art Hilfskompensation gegriffen; diese besteht in zwei kleinen bimetallischen Streifen, an denen der

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Regleur die erforderlichen Nachhilfen vornehmen kann, an zwei einander gegenüberliegenden vertieften Stellen der sonst an der Peripherie glatten Unruh. Das Gleichgewicht der Unruh bei allen Temperaturen wird trotz dieser kleinen Hilfskompensation leicht zu erreichen sein, da es fast schon allein durch den kompakten Teil der Unruh sichergestellt wird, und die Wirkungen der Zentrifugalkraft sind, wie fest­gestellt worden ist, völlig unbeachtlich, so daß auch eine Störung des Isochronismus ausgeschaltet bleibt.

Die Spiralfedern. Drei Arten von Spiralfedern werden heute in den Uhren

angewendet: die flache Spiralfeder, die flache Spiralfeder mit Aufbiegung des äußeren Endteiles (Breguet-Spiralfeder) und die zylindrische Spiralfeder.

Alle Spiralfedern bestehen aus einer dünnen metallischen Klinge, die entweder, wie bei den beiden erstgenannten Spiralfedernarten, in der Form der archimedischen Spirale oder, wie bei der dritten Art, in zylindrischer Schrauben­linie gewunden ist. Die archimedische Spirale ist eine Kurve, die entsteht, wenn ein Punkt in gleichmäßiger Bewegung eine Gerade entlanggleitet, während diese Gerade sich in der gleichen Ebene um einen festen Punkt dreht, der der An­fangspunkt der Kurve ist. Neben der zylindrischen Auf­windung der dritten Spiralfedernart wurden früher auch noch die tonnenförmig ausgebauchte, die konische und einige andere Formen angewandt.

Das innere Ende, bei der zylindrischen Form das untere Ende der Spiralfeder, ist an der Unruh in der Nähe ihrer Achse befestigt, das äußere, bei der zylindrischen Form das obere Ende, mittels des Spiralklötzchens am Unruhkloben.

Man spricht von rechts- und linksgewundenen Spiral­federn, je nachdem sie, von innen ausgehend, entsprechend der Uhrzeigerdrehung oder dieser entgegengesetzt gewunden sind.

Als Material für die Spiralfedern wird heute Stahl, weich oder gehärtet und angelassen, Nickelstahl und Palladium an­gewendet, wozu neuerdings die Elinvarlegierung getreten ist. In besseren Uhren findet man ausschließlich die Spiralfeder aus hartem Stahl, aus Nickelstahl und aus Palladium, während bei geringwertigen Werken die weiche, stählerne Spiralfeder verwendet wird, die freilich durch die Behandlung des Stahl­drahtes in den runden Löchern des Diamantenzieheisens und dann (zwecks Abflachung) zwischen Walzen eine gewisse Federkraft erlangt haben muß. Elastizität und Güte des Materiales, Dicke, Länge und Höhe der Spiralklinge sind von

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großem Einfluß auf die Regulierung; andere Momente, die wir noch kennen lernen werden, treten hinzu.

Der Querschnitt der Spiralklinge in ihrer normalen Lage ist immer ein Rechteck mit senkrecht stehenden langen Seiten; die schmalen Seiten sind leicht abgerundet.

Die Herstellung der flachen Spiralfedern, zu denen auch die Breguet-Spiralfeder zählt, geschieht in der Weise, daß in eine Vorrichtung, die einem kleinen Federhause mit 2, 3 oder 4 Einschnitten im Kern und einer gleichen Anzahl von Schlitzen in der Wandung gleicht, 2, 3 oder 4 Stahlklingen eingelegt und durch Drehung des Kernes um seine Achse aufgewunden werden. Es sind dann in dem Raum 2, 3 oder 4 Spiralfedern neben oder in einander aufgerollt, und es ist klar, daß mit der Zahl der aufgerollten Klingen der gegen­seitige Abstand der Windungen jeder einzelnen Spiralfeder wächst. Das gefüllte Federhaus wird dann mit einem Deckel geschlossen, mit anderen in ein luftdicht abgeschlossenes Kupfer- oder Eisenrohr getan, geglüht und durch Ablöschung gehärtet. Es folgt dann das Anlassen, Polieren und ein noch­maliges Anlassen; bei geringeren Qualitäten wird auch gleich angelassen, da die in der Büchse luftdicht eingeschlossenen Spiralfedern ganz weiß und ohne Glühspan aus der Härtung hervorgehen. Nicht zu härtende Spiralfedern werden nach dem Einwinden in das erwähnte Spiralfederhaus lediglich durch Blauanlassen in ihrer Spiralform fixiert.

Die aufgebogene oder Breguet-Spiralfeder ist eine flache Spiralfeder, deren äußerer Umgang sich über den eigentlichen flachliegenden Spiralkörper erhebt und parallel zu diesem in einer gewissen Krümmung nach innen hin bis an das Spiral­klötzchen im Kloben verläuft. Dieses gekrümmte Spiralende, für dessen richtige Formen Ed. Phillips die Regeln ent­wickelt hat, heißt die Endkurve. Sie verleiht, wenn sie genau gebogen ist, der Spiralfeder eine vollkommen konzentrische Entwicklung, so daß ihr Schwerpunkt in der Unruhachse verbleibt. Zuweilen wird auch das innere, an der Spiral­rolle befestigte Spiralende in eine Kurve gebogen; das ge­schieht aber nur bei den allerfeinsten Taschenuhren zur Er­leichterung der Lagenregulierung.

·was die Größe der Spiralfeder anlangt, so macht man ihren Durchmesser gewöhnlich gleich dem Unruhhalbmesser. Handelt es sich um eine Breguet-Spiralfeder und eine Kom­pensations-Unruh, so wird unter dem Durchmesser der Unruh der über die Schraubenköpfe gemessene äußere Unruhdurch­messer verstanden. Aber jene Vorschrift kann nicht immer eingehalten werden; man ist vielmehr bei den sehr flachen

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Uhren genötigt, die Spiralfeder etwas kleiner zu halten, da­mit der Spiralkörper bei schroffen Bewegungen nicht so leicht in Schwankungen gerät, wobei leicht Berührungen mit dem Unruhschenkel und dem Kloben, bei gewissen Werk­anordnungen auch mit. dem Großbodenrade erfolgen, die natürlich auf den Gang der Uhr nachteilig einwirken müssen.

Was nun die Zahl der Spiralwindungen anlangt, so ist sie bei der gewöhnlichen flachen Spiralfeder von dem Punkte der Verstiftung des äußeren Spiralendes im Spiralklötzchen bezw. von der diesem Punkte vorschriftsgemäß entsprechenden Lage der Spiralstifte und von dem Abstande der einzelnen Windungen von einander abhängig, wenn die Länge ge­geben ist.

Bei der aufgebogenen Spiralfeder ist die Lage des Spiral­klötzchens, das den nach oben und innen abgelenkten äußeren Umgang faßt, für die Windungszahl nicht maßgebend, sondern nur die Vorschrift, daß die Spiralfeder keinen größeren Durchmesser haben soll, als der äußere Halbmesser der Unruh beträgt. In der Regel zählt man 10-15 Umgänge, bei Spiral­federn mit innerer Kurve aber gewöhnlich weniger als 15 Umgänge, weil innen für die Kurve Raum geschafft sein muß.

Die zylindrischen Spiralfedern werden nur in Taschen­und Schiffs - Chronometern angewendet, hauptsächlich in letzteren. Ihre Herstellung kann auf zweierlei Weise er­folgen: entweder wird auf ein Messing- oder Kupferrohr in der Schneckenschneidemaschine ein der Klingenhöhe und dem gegenseitigen Abstand der Windungen entsprechendes scharf­eckiges Gewinde aufgeschnitten und die Spiralklinge fest­anliegend in diesen Gewindegang eingewunden und mittels Schrauben an beiden Enden festgeklemmt, oder man windet auf das Rohr zwei Spiralklingen nebeneinander auf, von denen die eine so breit ist als die Windungen der eigent­lichen Spiralfeder Abstand von einander haben sollen; während dieses Aufwindens müssen die beiden Klingen kräftig ge­spannt gehalten werden, am besten unter dem Zuge eines Gewichtes, worauf sie zum Schluß von Schrauben fest­geklemmt werden. Die so vorbereiteten sogen. Patronen mit den Spiralklingen werden dann mit Holz- oder Knochen­kohle in ein Eisenrohr getan, gehärtet, poliert und angelassen.

Die Zahl der Windungen der zylindrischen Spiralfeder ist von dem zur Verfügung stehenden Raum abhängig; sie be­trägt bei Schiffs-Chronometern durchschnittlich 10.

Die zylindrische Spiralfeder muß sich bei den Unruh­schwingungen vollkommen konzentrisch entwickeln; sie erhält zu diesem Ziele sowohl oben wie unten Endkurven, aber nur

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wenn diese theoretisch richtig sind, verbleibt der Schwer­punkt der Spiralfeder und der Kurven während der Schwin­gungen der Unruh in deren Achse. Die Bedingung ist auch erfüllt, wenn die beiden Kurven nicht die gleiche theoretische Form oder die gleiche Länge haben.

Jede flache Spiralfeder kann man nach Belieben oder nach Bedürfnis als rechts- oder linksgewundene benutzen; maßgebend ist lediglich die Lage des Spiralklötzchens. Man braucht also bei der Bestellung einer einfachen flachen Spiralfeder auf die Windungsrichtung keine Rücksicht zu nehmen. Anders liegen die Umstände aber bei den zylin drischen Spiralfedern: hier bleibt die Windungsrichtung die gleiche, auch wenn man den unteren Teil nach oben nimmt. Bei diesen Spiralfedern muß man also gelegentlich einer Bestellung stets angeben, ob eine rechts- oder eine links­gewundene verlangt wird.

Für die Schwingungsdauer der Unruh ist außer ihrem Gewicht und ihrem Trägheitshalbmesser die Dicke, Höhe und Länge der Spiralfederklinge und der Elastizitätskoeffizient des Spiralfedermaterials bestimmend, Von diesen Werten sind zwei, der Elastizitätskoeffizient und die Spirallänge, nicht leicht zu ermitteln. Hinsichtlich des Elastizitätskoeffizienten, der nur nach einem Versuch am Material rechnerisch be­stimmt werden kann, muß man sich gewöhnlich auf Angaben verlassen, die nicht immer recht zuverlässig sind. Man kann aber annehmen, daß der Elastizitätskoeffizient des feinen Spiralfederstahles den Wert 26000000 hat; er bedeutet ein Gewicht (g), das, an einen 1000 mm langen Stab dieses Materials von 1 mm2 Querschnitt von beliebiger Form ge­hängt, imstande wäre, seine Länge zu verdoppeln. Zu diesem Ergebnis gelangt man jed.och nicht auf direktem Versuchs­wege, vielmehr ist jene Verlängerung nur als hypothetische aufzufassen. Man befestigt einen Metallfaden von ange­gebener Länge und Querschnittfläche (die Querschnittform ist gleichgültig) an dem einen Ende und hängt an das andere nach und nach Gewichte, die nun mit Hilfe einer einfachen Vorrichtung meßbare Verlängerungen des Fadens bewirken werden. Diese Verlängerungen sind den angehängten Ge­wichten proportional. Nach jeder einzelnen Probe muß das Gewicht abgenommen werden, um festzustellen, daß der Draht seine ursprüngliche Länge auch wieder annimmt. Denn es gibt eine Grenze der Belastung, bei deren Überschreitung der Draht diese ursprüngliche Länge nicht wieder annimmt, sondern verlängert bleibt. Nehmen wir an, daß, wie es bei feinstem Federstahl der Fall ist, der Draht bei einer Belastung mit 13 kg (13000 g) eine wieder zurückgehende Ver-

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längerung von 0,5 mm aufgewiesen hätte, so ergibt das, auf die ganze Länge bezogen:

1000 ~ ~3 000 = 26 000 000 g.

' Die oben erwähnte Verlängerung um die Eigenlänge ist also nur eine hypothetische, da kein Draht sich um seine eigene Länge ausdehnen läßt, ohne zu reißen, nachdem aus der elastischen Verlängerung eine bleibende geworden ist. Die 13000 g stellen in unserem Fall den höchsten elastischen Widerstand des Materials dar, die 26 000 000 g den Elastizitäts­koeffizienten oder den Koeffizienten des elastischen Wider­standes.

Für die durch direkte Messung kaum zu ermittelnde genaue Länge der Spiralfeder gilt folgendes:

I. Einfache flache Spiralfeder. Wenn wir mit r, den bis zur Klingenmitte gemessenen Halbmesser der

kleinsten Windung, r" den bis zur Klingenmitte gemessenen Halbmesser der

äußersten Windung, n die Windungszahl, I die Spirallänge

bezeichnen, so haben wir I= (r, + r") n · n,

wie schon im vorangehenden Abschnitt angegeben worden ist. Zu diesem Werte müßten dann noch die Längen hinzu­

gerechnet werden, die sich von jenen Punkten ab, wo sich die Lage der Spiralklinge von der gleichmäßigen Spiralform entfernt, ergibt; das ist innen die Länge der Biegung bis an die Spiralrolle, außen, gegebenenfalls, die Länge von der Stelle ab, an der der äußere Umgang ausgebogen ist, bis an die Spiralstifte.

II. Breguet-Spiralfeder. Hier kommt zu dem obigen Längenwert außer der er­

wähnten geringen inneren Länge der Abbiegung bis zur Befestigungsstelle die Länge h der Kurve, die man am besten mit Hilfe eines Stückchens Spiraldraht der Kurve nachbildet, das dann gerade gerichtet und gemessen wird. Man hat also

I= (r, + r") n · n + lk. (64) Ist eine innere Kurve lk, vorhanden, so kann sie in gleicher

Weise nachgebildet und gemessen werden, so daß man hat: I= (r, + r") n · n + h +I k· (65)

In beiden Fällen wird man natürlich darauf Bedacht nehmen müssen, ob die Uhr Spiralstifte hat oder nicht;

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