Mechanische Uhren gibt es in vielen verschiedenen Bauformen, ihre Funktionsprinzipien sind jedoch grundsätzlich dieselben. Uhren bestehen hauptsächlich aus Antriebssystem, Getriebe, Hemmungsregler, Zeigerwerk und Aufzugsnadelsystem. Die mechanische Uhr nutzt ein Uhrwerk als Antriebskraft und treibt den Hemmungsregler über ein Getriebe aus Zahnrädern an. Der Hemmungsregler wiederum steuert die Geschwindigkeit des Getriebes. Der Antrieb treibt den Zeigermechanismus an und schiebt den Hemmungsregler an. Die Geschwindigkeit des Antriebs wird vom Hemmungsregler gesteuert, sodass der Zeiger die Zeit auf dem Zifferblatt nach einer bestimmten Regel anzeigen kann.

Die Aufzugsnadel ist ein Mechanismus zum Aufziehen der Antriebsfeder oder zum Bewegen des Zeigers. Darüber hinaus gibt es einige zusätzliche Mechanismen, die die Funktionen der Uhr erweitern können, wie z. B. einen automatischen Aufzugsmechanismus, einen Kalendermechanismus (Doppelkalender), eine Alarmvorrichtung, eine Mondphasenanzeige und einen Messzeitraummechanismus.

Die Schwingungsdauer des Schwingungssystems wird mit der Anzahl der Schwingungen im zu messenden Prozess multipliziert, und dann wird die verstrichene Zeit des Prozesses ermittelt. Das heißt: Zeit = Schwingungsdauer × Anzahl der Schwingungen

1. Primitives System

Der Mechanismus zur Speicherung und Übertragung der Arbeitsenergie besteht üblicherweise aus Federhausrad, Federhausdeckel, Federhauswelle, Schlagfeder und deren äußerem Haken. Die Schlagfeder ist im freien Zustand eine Spiral- oder S-förmige Feder. Sie hat an ihrem inneren Ende ein kleines Loch, das über den Haken der Spule passt. Ihr äußeres Ende wird durch den äußeren Haken der Feder an der Innenwand des Federhausrads eingehakt. Beim Aufziehen wird die Federhauswelle durch das Wickelnadelsystem gedreht, um das Federhaus auf die Federhauswelle aufzuziehen. Die elastische Wirkung der Schlagfeder versetzt das Federhausrad in Drehung und treibt so das Übertragungssystem an.

2. Übertragungssystem

Die Energie des Antriebs wird auf die Getrieberäder des Hemmungsreglers übertragen. Diese bestehen aus zwei Rädern (Mittelrad), drei Rädern (Überrad), vier Rädern (Sekundenrad) und der Getriebewelle des Hemmungsrads. Dabei ist das Rad das Antriebsrad und das Ritzel das Abtriebsrad. Die Formel zur Berechnung des Übersetzungsverhältnisses besagt, dass bei einer Uhr mit Sekundenzeiger das Übersetzungsverhältnis von den Rädern des Sekundenrads zum Ritzel der vier Räder 60 betragen muss. Der Großteil des Zahnprofils des Uhrantriebs ist ein modifiziertes Zykloidenprofil, das nach Korrekturen auf Grundlage des theoretischen Zykloidenprinzips erstellt wurde.

3. Hemmungsregler

Es besteht aus zwei Teilen: der Hemmung und dem Schwingsystem. Die periodische Schwingung des Schwingsystems (Unruhfeder oder Pendel) sorgt dafür, dass die Hemmung präzise und regelmäßig intermittierend läuft und so die Gangregulierung ermöglicht. Es gibt viele Arten von Hemmungsreglern, wobei die Gabelhemmung die am weitesten verbreitete ist.

Schematische Darstellung der Gabelstaplerhemmung

Es besteht aus Hemmungsrad, Anker, Doppelscheibe und Anschlagnägeln. Seine Funktion besteht darin, die Energie des Antriebs auf das Schwingsystem zu übertragen, um dieses in Schwingung mit konstanter Amplitude zu halten und die Schwingungszahl des Schwingsystems auf den Anzeigemechanismus zu übertragen, um die Zeit zu messen. Die Energieübertragungsfunktion der Gabelhemmung wird durch das Zusammenspiel der folgenden zwei Teile vervollständigt: 1. Die vom Antriebsstrang des Hemmungsrads aufgenommene Energie wird in einen Impuls umgewandelt und durch die Wirkung der Zähne und der Gabel auf den Anker übertragen. Der Übertragungsprozess umfasst hauptsächlich 5 Aktionen (Abbildung 6 [Energieübertragungsvorgang der Gabelhemmung]), nämlich Verriegeln, Lösen, Aufprall, Fallen und Ziehen. 2. Die Impulse werden durch die Gabel des Ankers und den Anschlagnägel der Doppelscheibe aufeinander übertragen. Der Arbeitsprozess umfasst zwei Aktionen: Lösen und Aufprall.

Das Schwingsystem besteht aus Unruh, Pendelwelle, Spiralfeder, beweglichem äußeren Säulering, schnellen und langsamen Zeigern usw.

4. Das Schwingsystem der Unruhfeder

Vibrationssystem

Das innere und das äußere Ende der Unruhfeder sind jeweils an der Schwingwelle und der Schwingschiene befestigt. Wenn die Unruh durch eine äußere Krafteinwirkung aus ihrer Gleichgewichtslage abweicht und zu schwingen beginnt, verdreht sich die Spiralfeder und erzeugt so potentielle Energie, die als Rückstellmoment bezeichnet wird. Die Hemmung führt die beiden oben genannten Teile des Prozesses aus, d. h. das Schwingsystem schließt die Hälfte des Schwingungszyklus ab. Letzteres schwingt unter der Einwirkung der potentiellen Energie der Spiralfeder in die entgegengesetzte Richtung und schließt die andere Hälfte des Schwingungszyklus ab. Dies ist das Prinzip des kontinuierlichen und wiederholten Zyklus des Hemmungsreglers beim Betrieb einer mechanischen Uhr.

Das Spulnadelsystem

Die Funktion des Wickelnadelsystems besteht in der Wicklung und der Nadel.

Es besteht aus Krone, Schaft, Vertikalrad, Kupplungsrad, Kupplungshebel, Kupplungshebelfeder, Zahnrad, Druckfeder, Zifferblattrad, Spannrad, Stundenrad, Minutenrad, großem Stahlrad, kleinem Stahlrad, Sperrklinke, Arretierfedern usw. Die Aufzugs- und Einstellnadeln werden durch den Kronenteil realisiert. Beim Aufziehen greifen das Vertikalrad und das Kupplungsrad ineinander. Wenn die Krone gedreht wird, treibt das Kupplungsrad das Vertikalrad an, und das Vertikalrad passiert das kleine Stahlrad und das große Stahlrad, um das Federhaus die Antriebsfeder aufziehen zu lassen. Die Sperrklinke verhindert, dass sich das große Stahlrad umkehrt. Ziehen Sie zum Einstellen der Nadel die Krone heraus. Der Schieber dreht sich auf der Schiebewelle und drückt den Kupplungshebel, um das Kupplungsrad vom Vertikalrad zu lösen und mit dem Nadelrad zu verbinden. Durch Drehen der Krone werden nun das Stundenrad und das Minutenrad über das Spannrad angetrieben, um die Stunden- und Minutenzeiger zu korrigieren.

Zu den zusätzlichen Geräten gehören ein automatischer Aufzugsmechanismus und ein Kalendermechanismus (Doppelkalender).

① Automatischer Aufzugsmechanismus: Uhren mit automatischem Aufzugsmechanismus werden als Automatikuhren bezeichnet.

automatischer Aufzugsmechanismus

Es handelt sich um einen automatischen Mechanismus. Er besteht aus einem Hammer, einer Hammerhalterung, einer Exzenterwelle, einer Kugel, einer automatischen Schwingplatte, einem Sperrrad, einer Sperrklinke und einer automatischen Schiene. Beim Tragen der Uhr zieht der automatische Hammer das Uhrwerk durch die zufällige Bewegung des Arms unter Einwirkung von Trägheitskraft und statischem Moment automatisch auf. Automatische Aufziehmechanismen lassen sich grob in Schwing-Ein- oder Zweiwege-Aufzug und Rotations-Ein- oder Zweiwege-Aufzug unterteilen. Erstere werden als halbautomatisch, letztere als vollautomatisch bezeichnet. Über die Leistung von Ein- und Zweiwege-Aufzugsmechanismen bei Automatikuhren gibt es unterschiedliche Meinungen. Allgemein gilt der automatische Mechanismus mit Einwegaufzug als leistungsfähiger.

② Kalendermechanismus (Doppelkalender): Uhren mit Kalendermechanismus (Doppelkalender) werden als Kalenderuhren (Doppelkalender) bezeichnet.

Kalenderorganisation

Es handelt sich um eine Art Kalenderorganisation. Es besteht aus einem Kalenderring, einer Kalenderpositionierungsstange, einer Kalenderpositionierungsstangenfeder, einem Datumsrad, einer Tageskreuzradkomponente, einem Kopf und einer Kalenderabdeckung usw. und ist mit einem Kniehebelmechanismus oder einem Schnellwahlmechanismus zur Datumseinstellung ausgestattet. Das grundlegende Funktionsprinzip besteht darin, ein Datumsrad durch das Handradsystem anzutreiben, und das Übersetzungsverhältnis zwischen Datumsrad und Stundenrad muss 1:2 betragen. Dann wird der Zifferblattkopf durch das Datumsrad angetrieben, um den Kalenderring mit der Datumsmarkierung einmal alle 24 Stunden zu bewegen. Der Doppelkalendermechanismus dreht auch das Wochenkalenderrad unter Koordination der Positionierungskomponenten durch den Schaltkopf, sodass die Woche geändert werden kann. Je nach der zum Ändern des Datums benötigten Zeit kann der Kalendermechanismus in drei Typen unterteilt werden: langsam steigender, schneller steigender und spontaner Sprung. Beim langsam springenden Typ dauert es 1 bis 3 Stunden, bis der Tag gewechselt wird, beim schnell springenden Typ dauert es im Allgemeinen nicht länger als 30 Minuten und beim augenblicklich springenden Typ wird das Datum jeden Tag um 0 Uhr gewechselt.

Zeitgenauigkeit mechanischer Uhren

Die Regelmäßigkeit und Genauigkeit der Zeitmessung. Uhren erfordern eine genaue Zeitmessung, Stabilität und Zuverlässigkeit. Allerdings beeinflussen einige interne Faktoren und äußere Umgebungsbedingungen die Genauigkeit der Zeitmessung.

Zu den internen Faktoren zählen die strukturelle Gestaltung, die Arbeitsleistung, die Materialauswahl, die Verarbeitungstechnologie und die Montagequalität jedes Komponentensystems. Beispielsweise wirken sich die Stabilität des Uhrwerkdrehmoments, die Laufruhe des Übertragungssystems und die Genauigkeit des Hemmungsreglers auf die Genauigkeit der Reisezeit aus.

Zu den äußeren Umgebungsbedingungen zählen Temperatur, Magnetfeld, Feuchtigkeit, Luftdruck, Vibration, Kollision, Einsatzort usw. Temperaturschwankungen beispielsweise führen zu Leistungseinbußen bei Schmieröl und Unruhfedern in Armbanduhren und Uhren und damit zu Veränderungen der Ganggenauigkeit. Wenn die Magnetfeldstärke in der Umgebung 60 Oersted (Oe) übersteigt, werden einige Teile magnetisiert und verlangsamen ihre Bewegung. Feuchtigkeit führt zur Oxidation und Korrosion einiger Teile.

Zur Angabe der Reisezeitgenauigkeit werden üblicherweise fünf Parameter verwendet:

① Anzeigedifferenz: Die Differenz zwischen der angezeigten Zeit eines beliebigen Zeitpunkts der Uhr und der Standardzeit. Sie kann positiv oder negativ sein.

2 Tägliche Differenz: Subtrahieren Sie die angegebene Differenz zwischen den Uhren und Armbanduhren für 24 Stunden.

3. Positionsdifferenz: die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der momentanen täglichen Differenz, gemessen an jeder Position der Feder.

④ Gleicher Zeitunterschied: Unter sonst unveränderten Bedingungen der Maximalwert des momentanen Tagesunterschieds an jeder entsprechenden Position zum Zeitpunkt des Hochfrühlings und der vollen 24 Stunden.

⑤ Tägliche Variation: der tägliche Unterschied zwischen zwei benachbarten Tagen.

Kurze Erklärung

Mechanische Uhren bestehen aus äußeren Teilen und einem Uhrwerk. Als optische Teile gelten die direkt sichtbaren Teile wie Gehäuse, Zifferblatt, Zeiger usw.: Hauptantrieb, Hemmungsgeschwindigkeitsregelung, Zeigerantrieb und Aufzugsnadelmechanismus usw. Mechanische Uhrenteile bestehen aus oberen, mittleren, unteren und dreischichtigen Schienen. Die untere Schiene ist das Hauptdeck und der Basisteil. Die obere Schiene besteht aus Streifenschiene, Schwingschiene und oberer Schiene. Das mittlere Sperrholz besteht aus Shen-Sperrholz und Gabelsperrholz. Beim Zusammenbau werden mechanische Uhren mithilfe der Positionsnägel und des Positionsnagelrohrs der Hauptschiene positioniert. Solange wir die Teile der Hemmungsgeschwindigkeitsregelung und des Übertragungsgetriebesystems der mechanischen Uhr an den entsprechenden Positionen der Schiene installieren und die Mittelplatten und die Hauptschiene mit Schrauben verbinden, kann die Genauigkeit der mechanischen Teile gewährleistet werden. Um die Demontage und Montage der Schiene zu erleichtern, ist in die Hauptschiene eine Pinzettenöffnung gefräst. Alle diese Uhrwerkteile sind im Inneren der Uhr verbaut und meist unsichtbar.

Das Funktionsprinzip einer mechanischen Uhr besteht in der Steuerung durch ein Schwingungssystem, um eine stabile Periode zu erzeugen. Multipliziert man die Periode mit der Anzahl der Schwingungen in einem Prozess, erhält man die vom Prozess durchlaufene Zeit. Das heißt: Zeit = Schwingungsperiode x Anzahl der Verluste.

Während des Betriebs mechanischer Uhrteile nimmt die Schwingungsamplitude aufgrund des unvermeidlichen Bewegungswiderstands des Schwingungssystems, wie z. B. Lagerreibung, Luftwiderstand und Reibung zwischen elastischen Teilen, allmählich ab. Um diese Dämpfung zu verhindern und das Schwingungssystem kontinuierlich arbeiten zu lassen, muss die durch den Widerstand verbrauchte Energie der mechanischen Uhr regelmäßig ergänzt werden. Die mechanische Energie der Uhr wird im Uhrwerk gespeichert. Das heißt, die für die Übertragung und Schwingung des Uhrwerks benötigte Kraft stammt vom Uhrwerk. Durch das Aufziehen der Antriebsfeder wird die Maschine regelmäßig mit Antriebskraft versorgt, um ihren mechanischen Energieverbrauch zu ergänzen und das Auftreten des oben genannten Dämpfungsphänomens zu verhindern.

Die Formel lautet: Schwingungsverbrauch zweier Energieergänzungen. Diese drei Prozesse laufen kontinuierlich ab, sodass das Uhrwerk weiterläuft. Um eine präzise Bewegung zu gewährleisten, spielt das Hemmungsgeschwindigkeitskontrollsystem eine wichtige Rolle bei der Geschwindigkeitsregelung. Der Aufzugsnadel-Einstellmechanismus hat übrigens zwei Funktionen: Zum einen speichert er Energie zum Aufziehen und zum anderen stellt er die Zeit ein. Er ist ein unverzichtbarer Mechanismus für Uhren-Zeitmessmechanismen.