Det isokrone. echappement

Transkript

1 Det isokrone echappement Michael N. Petersen 2012

2 Side 2 af 87

3 Side 3 af 87 Indhold DET ISOKRONE ECHAPPEMENT... 5 Balancekransen og spiralen... 8 Temperatur kompenserende Bi-metals balancer Om hævevinklen Balancens frie sving Vektorer i den tangentielle impuls og i centerimpulsen: SPINDELECHAPPEMENTET CYLINDERECHAPPEMENTET KOMMA ECHAPPEMENTET DUPLEX ECHAPPEMENT DET KINESISKE DUPLEX ECHAPPEMENT ANKERECHAPPEMENTET Om echappementets hævevinkel: Om Ankerets vandrings vinkel Om hævefladens vinkel på ankerstenene Om trækvinklen, hvile og tillægshvile Om cirkelformede ankersten Om plateauet, impulsstift og sikkerhedsrulle Om Hornluft og spydluft Om ankerstenens placering Om smørring af ankerstenenes hæveflader At kontrollere Gaffelluft, hornluft og spydluft At kontrollere hvile og tillægshvile CHRONOMETER ECHAPPEMENTET Chronometer echappementets funktion: Chronometerechappementets udløsende vinkel Spær arme på aksler med tapper Impuls vinklen ECHAPPEMENTET "LE FORCE CONSTANCE" BRÉGUETS "DUAL ULYSSE "- DET NATURLIGE ECHAPPEMENT DANIELS UAFHÆNGIGE DOBBELT- HJULS ECHAPPEMENT DANIELS COAXIALE DOBBELT- HJULS ECHAPPEMENT DANIELS COAXIALE ECHAPPEMENT I SAMARBEJDE MED OMEGA EFTERSKRIFT LITTERATURLISTE... 87

4 Side 4 af 87

5 Side 5 af 87 Det isokrone echappement Tid måles ved at tælle en serie af ens begivenheder... Disse ens begivenheder består af svingninger i urets echappement. Armbåndsures echappement består af et svingende hjul der er afvejet, kaldet Balancen, med en fjeder, kaldet spiralen til at kontrollere svingningstiden samt et ganghjul der genopbygger det energitab som opstår pga. friktion i lejer og i vindmodstand. Fig. 1. Et echappement fra 1890 Det er velkendt at balancen og spiralen sammen kan foretage en svingning, når balancens kinetiske energi ( bevægelses energi) omsættes til potentiel energi (lagret energi) i spiralen... indtil spiralen atter afleverer sin energi tilbage til balancen. Hvis man nøje udvælger en egnet spiral til en given balancekrans, så kan disse to dele justeres til at foretage en isokron svingning. At svingningen er "isokron" betyder at hver svingning tager lige lang tid, uanset hvor stor amplituden måtte være. (Iso-kron: Græsk for "lige" & "tid") Den fulkomne isokronisme i balance og spiral kan opnås ved at øge eller mindske friktionen i balancens lejer, og ved at tilpasse spiralen sådan at spiralen evt. modvirker fejl i balancen. Bréguet vidste allerede i år 1800 at planspiralen har fejl når den opsamler balancens bevægelses energi, og derfor opfandt han den succesrige "Bréguet spiral" som arbejder i to niveauer... I nyere tid har urmagerens kendskab til det samlede echappements funktion dog vist at planspiralen også kan justeres til at opnå den næsten fuldkomne isokronisme... for med i det samlede echappementet hører ganghjulet. Ganghjulets opgave er som nævnt at genopbygge den energi som balancen og spiralen taber ved hver svingning. Men ganghjulet forstyrrer echappementets isokronisme... Det var også velkendt at de tidligste urmagere, der vidste at ganghjulet, løbeværket og drivfjederen ikke afleverer en konstant kraft... Kraften fra drivfjederen varierer hen over døgnet. Har uret specialfunktioner (fx. som datomekanisme) så varierer ganghjulets tilførsel af energi til balancen helt ukontrolleret.

6 Side 6 af 87 Når ganghjulet tilfører energi til balancen så øges balancens hastighed... og dette kan medføre at én halvsvingning kan blive hurtigere eller langsommere end den efterfølgende halvsvingning... Ganghjulet skal endvidere kun aflevere sin energi når balancen er klar til at modtage energien... derfor er der i alle echappementer en "låsefunktion" som balancen må udløse... Denne låsefunktion bevirker at balancen taber utilsigtet energi, hvilker igen forringer isokronismen. Tidligere urmagere mente fejlagtigt, at hvis blot tilførslen af energi til balancen (og tab af energi) skete ensartet og med ens efterfølgende fejl, så kunne iso-kronisme opnås. Derfor brugte urmagere stor energi på at udvikle mekanismer som "optræk med snekke funktion", fjederhus med malteserkors, eller fx. echappementet "échappements à force constante" Det er unægteligt lettere at opnå isokronisme med en konstant kraft... men kendskab til hvornår ganghjulet tilfører en evt. varierende kraft, samt kendskab til krafttab i echappementet er hemmeligheden bag det isokrone echappement. Det er ikke muligt at konstruere det helt fuldkomne echappement, med den fuldkomne isokronisme... men skulle man gøre forsøget, så måtte dette echappement opfylde følgende krav: - Balance og spiral er justeret til hinanden, - Balancen kan svinge helt frit, uden at miste kraft, - Udløsningen af ganghjulets låsefunktion kræver minimal energi, - og at ganghjulets tilførsel af energi til balancen sker lige i det punkt hvor balancen har sin maximale hastighed... Mange urmagere har gennem tiderne forsøgt, uden held, at opfylde disse krav... Ikke fordi de ikke var dygtige, men fordi: 1. Balancen og spiralen kan godt justeres til hinanden, men ændringer i temperatur påvirker metallers evne til at bevare deres oprindelige størrelse og facon I balancelejer vil der opstå modstand, når balancen roterer og bevæges i forskellige stillinger. I nogle echappementer bremses balancen yderligere af ganghjul, eller fjedre, der sikrer echappementets funktion At overføre energi i ét punkt er slet ikke fysisk muligt... overførslen af energi må ske i en glidende bevægelse...

7 Side 7 af 87 De tidligste urmagere vidste at overførslen af energi må ske i så lille en bevægelse som muligt... Den vinkel balancen må dreje for at modtage energi kaldes "hævevinklen", og mange urmagere har forsøgt at gøre den mindst mulig... Når balancekransen får tilført energi, så kan dette ske ved at ganghjulet skubber direkte til balanceakslen eller ganghjulet kan overføre energi gennem mellemliggende dele som fx et anker. Flere urmagere eksperimenterede, med held, ved kun at lade ganghjulet tilføre energi til hver hele svingning... Det medfører dog at disse echappementer arbejder med stor tilførsel af energi i den ene halvsvingning, efterfulgt af tilsvarende stort energitab i den efterfølgende halvsvingning I de bedste tidtagere overfører en mellemliggende del, som fx. et anker, en mindre impuls til hver ½ svingning efterfulgt af et tilsvarende mindre energitab. Energi tilførsel og energitab er afgørende faktorer der kan forstyre echappementets isokronisme... De bedste resultater er opnået ved at tilføre energi ligeligt i starten og i slutningen af hver halve svingning. Hvis balancens energitab i låsefunktionen tilmed er minimal, så opnås en god tidstager. I de følgende kapitler vil jeg forsøge at beskrive funktionen i få af de mange echappementer som gennem tiden er udviklet af kreative urmagere... Kendskab til echappementets funktion er vigtig for at forstå urmagerens succes i fremstilling af echappementer med god isokronisme... og dermed de præcise ure vi anvender i dag.

8 Side 8 af 87 Balancekransen og spiralen Hvis balancen drejes til siden med en vinkel på fx 90 (balancen tilføres en amplitude på 90 grader) så vil spiralen blive spændt. Slippes balancen, så vil spiralen dreje balancen tilbage indtil spiralen har afleveret al sin energi... men balancen vil fortsætte sin rotation og tilføre spiralen ny energi i den modsatte retning. Det gør den indtil spiralen er spændt tilstrækkelig til at stoppe balances rotation. Balancen begynder nu igen at rotere i den modsatte retning. Det er spiralens opgave at opsamle balancekransens energi... og at aflevere energien tilbage til balancen. Der vil altid forekomme et tab af energi i spiralen når den bøjes kraftigt... ved at variere legeringen af det metal spiralen er fremstillet af, kan man korrigere for nogle af de fejl som balancekransen har, når den svinger med forskellige amplituder. Valget af en egnet spiral til en given balancekrans kræver dermed at urmageren har kendskab til balancekransens egenskaber ved skiftende temperaturpåvirkninger, og urmageren må kende vindmodstandens (og lejernes) øgede friktion ved forskellige amplituder. En korrekt poleret tap og en velegnet olie i balancekransens lejer kan minimere friktion i lejerne, men kun en ærodynamisk udformning af balancekransens overflade kan minimere vindmodstanden ved stor amplitude. Det er impulsens opgave at udligne det energitab der opstår når balancen svinger... Er impulsens energitilførsel for lille, så vil omfanget af svingninger reduceres... indtil balancen tvinges til at stoppe. Hvis urmageren også justerer spiralen sådan at den er tømt for energi i midten af balancens tiltænkte bevægelse (altså justering af haltning), og urmageren sikrer at spiralen arbejder i et plan og i en ensartet bevægelse, så vil hvert udsving til højre og udsving til venstre kræve lige lang tid. Systemet vil være isokront. Tiden for hver svingning i echappementet er kontrolleret af 4 basale forhold: - balancens vægt, - balancens diameter, -spiralens styrke og -spiralens længde:

9 Side 9 af 87 Balancens vægt placeres i en tilpas stor diameter, og spiralens styrke / længde tilpasses sådan, at balance og spiral sammen kan foretage et skift mellem oplagret energi og bevægelses energi. Det er tiden for dette skift i energi der er hjertet i mekaniske ures tidsmåling. I moderne ure er det ofte spiralens længde der varieres gør man spiralen længere så vil svingningstiden blive langsommere. På ældre ure var det almindeligt at variere balancens vægt og balancens diameter en tungere balance gør svingningstiden langsommere og en øget diameter vil ligeledes gøre svingningstiden langsommere. Fig. 2 En bi metal balancekrans med skruer til temperatur kompensering Måden man tidligere brugte til at variere balancens vægt var ved at montere små messingskiver under et sæt af skruer der var monteret på balancens yderste diameter. Skruerne, messingskiver, balancekransen, stålaksel, spiralens inderste fæstningspunkt (rullen), og impulsstift (plateau) var alle dele der samlet udgjorde balancens samlede vægt. I ældre ure var denne vægt ret høj. Man brugte store balancer, som kunne indeholde stor bevægelsesenergi, og kraftige spiraler for at opveje for store fejl andre steder i echappementet... og man forsøgte dermed at gøre echappementet isokront. Men de store balancer og kraftige spiraler var desværre meget følsomme for ændringer i temperatur Hvis temperaturen stiger, så udvides metaller spiralen vokser og bliver længere og denne udvidelse gør straks echappementets svingningstid langsommere. Derfor brugte ældre ure temperatur kompenserende balancer fremstillet i bi metal og med skruer til at korrigere svingningstiden.

10 Side 10 af 87 Temperatur kompenserende Bi-metals balancer Fig. 3 Ved opvarmning sidder de 3 skruer på en mindre diameter At en balancekrans er fremstillet som Bi-metals balance vil sige, at balancekransen er fremstillet af 2 metaller. Balancekransen er ikke fremstillet som en ring, men som 2 bugede arme Yderst i balancekransen er hver arm fremstillet af messing og inderst er hver arm fremstillet i stål. Balancekransen er ikke en samlet rund ring, men de 2 arme danner hver 2 halvcirkler. Da messing ved opvarmning udvider sig mere end stål, så vil balancekransens arme bøje ind og ved afkøling vil de bøje ud. På denne måde kunne balancens diameter ændres og kompensere for temperaturændringens påvirkning af de andre dele i echappementet. Når temperaturen stiger udvides spiralen og dette får echappementet til at tabe, men ved opvarmning bliver bi-metals balancen mindre i diameter, hvilket får echappementet til at vinde. Sammen kompenserer delene for hinandens fejl... Fig. 4 Ved afkøling udvides balancekransen så de 3 skruer sidder i en større diameter. Ved at monterede 3 skruer i enden af hver arm kunne urmageren justere af hvor meget armene skulle kompensere for balancens samlede udvidelse (eller sammentrækning). Ved parvis at montere messingskiver på begge arme, under disse 3 skruer, kunne urmageren øge vægten af de temperaturkompenserende arme. Dette arbejde krævede stor erfaring og urmageren måtte observere echappementet funktion ved mange forskellige temperaturer før en justering kunne foretages. På balancekransen var ligeledes monteret 2 mindre skruer, ofte med en anden farve (fig. 5) end de øvrige skruer. Disse 2 skruer var monteret tæt ved balancekransens schenkler og blev anvendt som reguleringsskruer, altså til justering af echappementets samlede svingningstid. Fig. 5 Skruer til afvejning af balancen. Øverste pil angiver 2 mindre skruer til regulering af balancens svingningstid De resterende skruer blev brugt til afvejning af balancekransen, sådan at echappementet kunne fungere i forskellige stillinger uafhængigt af jordens tyngdekraft. Kompensationsbalancer med skruer er meget smukke og har en atmosfære af høj teknologisk kunnen men de mange skruer yder stor luftmodstand og anvendes ikke i dag hvis urproducenter ønsker et isokront echappement Flere eksklusive ur producenter anvender dog skruebalancer uden temperaturkompensering som smykkefunktion i uret.

11 Side 11 af 87 Om hævevinklen I ure med balance tilføres ganghjulets impuls til balancen i en lille vinkel, kaldet en "hævevinklen". I fig. 6 ses ankerechappementets hævevinklen som den vinkel balancen må dreje fra det øjeblik impulsstiften (ellipsen) møder ankergaflen, efterfulgt af en bevægelse hen over centerlinjen, til det øjeblik impulsstiften igen forlader ankergaflen. I fig. 6 er hævevinklen vist som 44 grader, hvilket er almindeligt i nyere ure. Fig. 6 Hævevinklen er sammensat af to vinkler, den mindre vinkel (A) udløsevinklen og den større (B) impulsvinklen. I midten af hævevinklen ligger balancens nulpunkt. At tilføre energi til balancen i en hævevinkel der er placeret ligeligt på begge sider af echappementets centerlinje har flere fordele... Den tilførte energi tilføres lige der hvor balancekransen har sin maximale hastighed... dermed forstyrres isokronismen mindst muligt... På echappementets centerlinje er spiralen ligeledes tømt for energi... det betyder at selv en lille energiimpuls vil være tilstrækkelig til at låse op for ganghjulet. Dermed kan energien tilføres til balancen med mindst mulig modstand af spiralen. Dette er afgørende, hvis echappementet skal starte af sig selv fra en hvilende tilstand, fx. når drivfjederen har været løbet ud. Er echappementet rettet for haltning, så vil det falde til hvile på centerlinjen. Centerlinjen er midt i hævevinklen og kaldes "balancens nulpunkt".

12 Side 12 af 87 Når en spiral og en balancekrans sammen arbejder isokront, så vil svingningstiden påvirkes af balances evne til at opfange ganghjulets tilførsel af bevægelsesenergi. Enhver ændring i det naturlige energiskift, (tab af energi - eller tilførsel af energi) vil ændre svingningstiden for den samlede svingning. Balancen vil på sin vej ind gennem hævevinklen nærme sig sit nulpunkt... og her vil et tab af bevægelsesenergi få balancen til at svinge langsommere og øge tiden for den 1/2 svingning balancen er ved at udføre. - Et tab af energi før balancens nulpunkt gør svingningstiden langsommere... og Fig. 7 - Energitab før balancens inaktive punkt (A) giver et langsommere echappement. - Energitilførsel før balancens inaktive punkt (B) giver et hurtigere echappement. - Energitilførsel efter balancens inaktive punkt (C) giver et langsommere echappement. Det samlede resultat er at ankerechappementet har tindens til at tabe i forhold Figur til et 1. virkeligt Impuls efter isokront nul giver echappement. et langsommere echappement - Et tab af energi efter balancens nulpunkt gør svingningstiden hurtigere... og Når balancen på sin vej ind gennem hævevinklen fjerner sig fra sit nulpunktet, så vil et tab af bevægelsesenergi bevirke at spiralen vender balancen for hurtigt og dermed vil svingningstiden for denne 1/2 svingning blive hurtigere. - En tilførsel af energi før balancens nulpunkt gør svingningstiden hurtigere... - Et tilførsel af energi efter balancens nulpunkt gør svingningstiden langsommere... Den resterende del af hver 1/2 svingning, uden for hævevinklen, vil blive udført i naturlig vekselvirkning med energiskift, mellem bevægelses energi i balancen og lagret energi i spiralen... men den samlede tid for hver svingning vil være ændret. Tab af bevægelsesenergi (se A i fig. 7) i balancen sker, når balancen skal udløse spær-mekanismen som holder ganghjulets bevægelsesenergi tilbage, og tilførsel af energi (se B & C i fig. 6A) sker når ganghjulet videregiver bevægelsesenergi til balancen.

13 Side 13 af 87 Jo mindre hævevinklen er, desto større bliver den vinkel hvor balancen og spiral kan svinge med naturlig og isokron vekselvirkning i deres energi. Balancens frie sving Det ideelle echappement vil kunne tilføre hele bevægelsesenergien øjeblikkeligt på balancens nulpunkt, således at hele balancens bevægelse foregår i ét frit sving... Dermed ville fejl i echappementet ikke opstå. Men den inerti der er i echappementets dele samt nødvendigheden af en sikker låsemekanisme for ganghjulet gør det ideelle echappement umuligt. Lad mig kort fremhæve de markante forskelle i tre grundlæggende kategorier af echappementer: 1. Det tilbagevigende echappement, (fx spindelechappementet) 2. Det hvilende echappementet (Fx cylinderechappementet) 3. Det frie echappement. (fx ankerechappementet) - spindelechappementet tilhører gruppen af de "tilbagevigende echappementer", hvor ganghjulet og løbeværk aldrig er i ro. - cylinderechappementet tilhører gruppen af de hvilende echappementer", hvor ganghjulet er i ro når det hviler på balanceaksels overflade.. Ganghjulet i de to ovennævnte echappementer afleverer sin energi i balancens hævevinkel og ganghjulet blokeres derefter af balancen - i balancens resterende udsving. Balancen er aldrig fri... og den taber energi på grund af den friktion der opstår når ganghjuls tand trykker på balanceakslens overflade. Dermed er svingningstiden på intet tidspunkt isokron. Tidligere urmagere mente, at hvis blot tilførsel af bevægelsesenergi, og tab af bevægelsesenergi sker ensartet, og på begge sider af nulpunktet så vil disse ulemper ophæve hinanden Dette er delvist rigtigt, men friktion på balanceakslens overflade er ikke konstant og kan variere dagligt eller årstidsbestemte fx. pga. af temperatur påvirkning, af drivfjederens forskellige tryk og olies tilstand i urets lejer.

14 Side 14 af 87 I ankerechappementet, der tilhører gruppen af de frie echappementet" er ganghjulet ikke låst af balanceakslen, fordi der er en yderligere urdel, ankeret, som kun er i kontakt med balance i hævevinklen.. og endda undertiden kun i mindre dele af hævevinklen. Ankerechappementets balance svinger isokront i hele den resterende del af den samlede amplitude der ligger uden for hævevinklen. Echappementer som "Spindel echappementet " og "Cylinder echappementet " anvendes ikke længere i armbåndsure fordi deres isokronisme er dårlig. Men en beskrivelse af disse er vigtig fordi de har bidraget til forståelsen af principper i den bærbare tidtager i de sidste 400 år og er afgørende for en forståelse af kravene i det moderne echappement: I spindelechappementet anvendes et helt grundlæggende princip... i at overføre impuls direkte på echappementets centerlinje (centerimpuls). En fordel i dette primitive echappement er at ganghjulstænderne ikke har stort behov for smørring. Princippet i at overføre impuls på en cirkel (den tangerende impuls) findes i cylinder echappementet som derimod absolut skal smørres meget på ganghjulstænderne for at kunne fungere... Grundlæggende er det ikke ønskeligt at konstruere et echappement der kun fungerer hvis ganghjulstænderne kan smøres, fordi oliens hurtige oxydering vil påvirke echappementets isokronisme i negativ retning. Alligevel er spindelechappementets funktion generelt dårligere end cylinderechappementet. Løbeværket i et spindelechappement er aldrig i hvile og løbeværket bremser dermed balancens resterende sving ukontrolleret meget... Cylinderechappementet behøver som nævnt olie på ganghjulstænderne men når løbeværket er i hvile så kan balancen svinge med det krafttab ganghjulstanden yder på balanceakslens overflade. En fordel ved ankerechappementet er at balancens resterende sving er helt frit, men en stor ulempe er at ankerechappementet har en tangentiel impuls... og at det dermed har behov for solid smøring af ankerets hæveflader. Det betyder at det på dette punkt er ringere end spindelechappementet... Alligevel kan ankerechappementet udvise bedre isokronisme gennem flere år, indtil olien på ganghjulets tænder på et tidspunkt er så tør at echappementet ikke længere fungerer.

15 Side 15 af 87 Vektorer i den tangentielle impuls og i centerimpulsen: Ankerechappementet har behov for solid smøring på ankerstenenes hæveflader fordi det anvender tangentielle impuls dvs., at ganghjulstanden overfører impuls til ankerets hæveflade, der hvor ganghjulets tangens danner en linje til ankerets centrum.. Princippet med tangent impuls kendes ligeledes i storure med tilbagevigende gang og hvilegang. Princippet er dermed det mest kendte princip, som urmageren er meget fortrolig med. I ældre ure møder man princippet "centerimpulsen" i ure med spindelechappement, duplex echappementet, samt i Omega s aller nyeste coaxiale echappement At echappementet anvender centerimpuls vil sige, at impulsen overføres fra ganghjul til balance på deres fælles centerlinje. Fig. 8 Det velkendte ankerechappement anvender den tangentielle impuls Dvs. at ganghjulet trykker på hævefladen, lige der hvor ganghjulets tangent går gennem ankerets centrum. Forskellen på de 2 måder at overføre energi til balancen ses tydeligt når man undersøger hvordan ganghjulet overføre energi... altså echappementets vektorer : En vektor er en måde at beskrive en energi s retning Flere vektorer kan pege i forskellige retninger og kan dermed forenes i en resulterende kraft. På Fig. 9 ses det velkendte ankerechappement. Ganghjulet er ved at overføre impuls til udgangsankerstenen. Ganghjulets rotation forsøger at skubbe ankerstenens hæveflade i retning A hvis ankerets tapper på akselen observeres i mikroskop så ser man tydeligt at tapperne trækkes i retning B. Hvis hævefladen er smurt med en god olie, så vil ganghjulets energi omsættes til en bevægelse i retning C, og denne energiretning vil trykke ganghjulet i retning D Hvis hævefladen er dårlig smurt så vil friktionen mellem ganghjulstanden og hævefladen kun resultere i ankerbevægelsen B, og echappementet vil fungere dårligt! Overfladefriktionen mellem stål og rubin er meget lille, og hvis olien er dårlig så vil echappementet nok kunne virke, men som præcis tidstager vil det ikke fungere. Fig.9. Her ses vektorerne i ankerechappementet

16 Side 16 af 87 Spindelechappementet var det mest foretrukne echappement i ure produceret i årene 1800 til er ganske simpelt: På balanceakslen er placeret en palet når ganghjulstanden trykker på paletten (vektoren A hen over centerlinjen) så vil balancen tilføres bevægelsesenergi, indtil ganghjulstanden forlader paletten. Efterfølgende vil en ny ganghjulstand gribe en ny palet på den anden side af ganghjulet, og gentage bevægelsen i modsatte retning. Spindelechappementet måde at overføre energi kaldes centerimpuls fordi hele overførelsen af energi sker på echappementets centerlinje. Den største fordel ved dette er, at olie ikke er noget absolut krav der er dog en vis gnidning mellem ganghjulstand og palet som med fordel kan smøres, men echappementet fungerer fint helt uden olie God olie fandtes ikke i årene før 1. verdenskrig (ja optimal god olie findes vel heller ikke i dag?) og dermed er dette vel den reelle forklaring på spindelechappementets store succes i ældre ure. Fig. 10 Spindelechappementet overfører impuls på centerlinjen. "A" er echappementets eneste vektor. Princippet med centerimpuls og kun én vektor, er forbilledet for de aller nyeste udviklinger i ures echappement, idet Omega har introduceret et ur med George Daniels Coaxiale echappement. Udviklingen af det coaxiale echappement er baseret på mange urmageres erfaringer erhvervet gennem flere hundrede af år. Kendskab til disse mange forskellige echappementer er afgørende ved ethvert forsøg på at forklare og forstå effektiviteten af det isokrone coaxiale echappement.

17 Side 17 af 87 Spindelechappementet Spindelechappementet, er det ældste af alle echappementer og det tilhører kategorien af "De tilbagevigende echappementer". Dette echappements oprindelse er ukendt, og det blev brugt i bordure, før det blev forfinet tilstrækkeligt til at kunne bruges i lommeure. Det har kun to komponenter: ganghjulet, eller "krone hjulet" som nogen kalder det pga. af sin form, og balance akslen. På balanceakslen er der 2 paletter med en indbyrdes vinkel på ca. 100 grader, som er i kontakt med ganghjulets tænder. Når den øverste palet skubbes til side af en ganghjulstand drejer den nederste palet ind mod en tand nederst på ganghjulet. Overførsel af bevægelsesenergi er afsluttet når den øverste tand forlader spidsen af den øverste pallet og den nederste tand har fald på den nederste pallet. Fremdriften (inertien) i balance forhindrer balancens i straks at vende om og når balancen fortsættelser sin svingning, indtil inertien er opbrugt, vil ganghjulet vige lidt tilbage. Når balancen er vendt i sin svingning, så overfører den nederste tand bevægelsesenergi til den nederste palet indtil tanden forlader paletten og en efterfølgende tand falder på den øverste palle for at fuldføre svingningen, igen med en tilbagevigende bevægelse. Ganghjulet, og løbeværket, er aldrig i hvile...

18 Side 18 af 87 Tidlige spindelechappementer arbejdede uden en spiral og dette er det eneste echappement, der kan gøre det. Under den tilbagevigende bevægelse vendes rotationen af alle hjul i hele løbeværket, sådan at det er drivene der drejer tandkransene. Da tænderne dengang blev skåret i hånden og ofte på øjemål, uden kendskab til den mest hensigtsmæssige tandform, så opstod der stor variation i løbeværkets modstand under den tilbagevigende bevægelse med direkte varierende virkninger på omfanget af og tiden for svingningerne i balance. Den tilbagevigende bevægelse ødelægger helt echappementets isokronisme. De tidligste spindelechappementer havde store, langsomt svingende balancer i et forsøg på at få kontrol over de varierende kræfter. I slutningen af det sekstende århundrede blev balancer reduceret meget i diameter og fik hurtigere svingningstider, formentlig fordi en hurtigere svingning er knapt så følsom ved pludselige bevægelser af uret. Omkring 1670'erne blev spiralen indført, og indtil da var tidsmålingen med spindelechappementet vanskelig, med variationer på op til cirka en halv time om dagen. Med spiralen og bedre fræsning af hjul i løbeværket, forbedres tidsmålingen til ca. fem minutter om dagen. Helt op til det tyvende århundrede blev der ikke foretaget skelsættende forbedringer af spindelechappementet, selvom det blev meget anvendt. Fig. 7. Den bedste vinkel mellem paletterne har vist sig at være 100 grader. Ved denne vinkel var amplituden størst.

19 Side 19 af 87 Den bedste vinkel mellem paletterne har vist sig at være 100 grader. Mindre end dette reducerer balance amplitude ved en uforholdsmæssigt større tilbagevigende bevægelse i ganghjulet. Mere end 100 grader giver overdreven friktion på balances tapper fordi paletterne må indstilles tættere på ganghjulets tandkrans. Slidte ganghjulstapper var almindeligt i slutningen af det attende århundrede, hvor vinkel til tider blev forøget til over 110 for at øge balancens amplitude og for at give en mindre tilbagevigende bevægelse. Slidtage på balancetapperne kan afhjælpes ved at lukke paletterne til 100 og justere ganghjulet væk fra balanceakslen. Justering af ganghjulets tanddybde i palletterne er vigtig, ligesom justering af haltning må foretages, sådan at ganghjulets fald på begge palletter er ens. Dette gøres ved at justere ganghjulsakslen sideværts, i retning af tanden med det største fald på impuls paletten. Med eller uden en spiral kan balancens svingninger gøres hurtigere eller langsommere ved at ændre dybden i indgribningen mellem ganghjulstænder og balanceakslen. En dybere indgribning vil gøre svingningstiden langsommere og vice versa. Uden en spiral kan tidsmålingen være meget uregelmæssig og helt afhængig af et velfungerende løbeværk. Den hurtigste svingningstid på balance opstår, når hjulenes tænder og driv i det samlede løbeværk parvis er sammenfaldende på deres centerlinje. Enhver anden position for en eller alle af de parvise hjulsæt, vil medføre en variabel forringelse af kraft og deraf følgende ændring i svingningstiden for balancen. Den hurtige svingningstid med stor amplitude vil hurtigt blive opbrugt af tilsvarende stor tilbagevigende bevægelse.

20 Side 20 af 87 Dette vil gøre hele svingningstiden hurtigere da både impuls før centerlinjen og energitab efter centerlinjen øger svingningstiden. Når energien i løbeværket falder, er mængden af energi der overføres til balancen reduceret, og den halve svingning er langsommere. Ganghjulets tryk på paletten i den tilbagevigende bevægelse er også reduceret, og balancen kan opnå en større amplitude, før dens inerti er opbrugt, og så er den anden halvdel af svingningen også blevet langsommere. Udsving i kraften i løbeværket er fortløbende og varieret, og svingningstiden er helt dikteret af den. Tidlige spindelure er ikke gode tidtagere men der er meget charme i deres uregelmæssige funktion, hvilket giver dem et forunderligt skær af menneskelighed. Da spiralen blev monteret på balancen i 1680'erne blev det lettere at tilføre energi før centerlinjen som gør svingningstiden hurtigere, og at undgå den kraftige tilbagevigende bevægelse efter centerlinjen, der fratager balancen sin inerti med yderligere hurtigere svingningstid til følge. Det er balancekransens vægt der er bestemmende for amplituden når echappementet tilføres en vis kraft. Tilføres der yderligere kraft, så vil echappementet vinde. Derfor bør dette echappement forsynes med snekkehjul i optræksfunktionen, og en brudt drivfjeder skal erstattes med en fjeder af samme styrke. Hvis dette ikke er muligt så kan en vis justering ske ved at ændre indgribningsdybde mellem ganghjul og balanceaksel. Denne metode blev anvendt i de tidligste jernure ved at bøje ganghagen. Virkningen af en for stærk drivfjeder er mindre i et spindelur med spiral end for et spindelur uden spiral. Er drivfjederen for svag, så kan begge typer af spindelechappement gå langsommere som følge af manglende udsving på balancen. Dog har spindeluret med spiral en øget tendens til at gå i stå når amplituden er for lille, fordi der kræves mere energi til at spænde spiralen samtidigt med at ganghjulet har en tilbagevigende bevægelse. Af denne grund ses ofte at spindelure med spiral har en stærkere drivfjeder end spindelure uden spiral. Spindelechappementet blev brugt i ure fra omkring 1500 til Ved udgangen af det attende århundrede var princippet grundigt forældet og fandt kun fortsat anvendelse på grund af den lethed, hvormed ure kunne fremstilles i små værksteder med simple udstyr. Spindelechappementet er ikke isokront og har ingen mulighed for at fungere i moderne fremstilling af ure.

21 Side 21 af 87 Cylinderechappementet med cylinder, blev opfundet af George Graham i begyndelsen af det attende århundrede og tilhører kategorien af Det hvilende echappement. Tilførsel af bevægelsesenergi sker ved ganghjulets skrå tandspidser. Ganghjulstanden hviler skiftevis på den ydre og på den indre overflader af en halvcirkelformede del af cylinderen, også kaldet "kanonen, der udgør balance aksen. Fig. 8. Cylinderechappementet tegnet at Åge Sødermann, september 1922

22 Side 22 af 87 Fig. 9. Hele hævning ligger på ganghjulstanden... Når balancen svinger fra hævevinklen og ud til det resterende udsvings yderpunkt er ganghjulet hele tiden i kontakt med cylinderen. Ganghjulstanden yder friktion på cylinderen overflade i hele det resterende sving. Dette er en forbedring i forhold til spindelechappementet da løbeværket er i hvile og ikke har en tilbagevigende bevægelse. Cylinderens overflade er den låsemekanisme som holder ganghjulet tilbage, men det er på samme diameter af balancen som modtager tilførsel af bevægelsesenergi. Dermed er energitabet i cylinderechappementet større end energitabet i spindelechappementet. Ekstra kraft på spindelechappementet giver en hurtigere svingningstid Ekstra kraft på cylinderechappementet vil øge ganghjultandens friktion på cylinderens overflade og gør svingningstiden langsommere.

23 Side 23 af 87 Ganghjul i de første cylinderure havde lige hæveflader på ganghjulstænderne. Når ganghjulet blev frigivet (udløst) af cylinderen, så betød ganghjulets vægt at uret skulle monteres med en stærk drivfjeder for at ganghjulet kunne nå at tilføre cylinderen bevægelsesenergi på hele ganghjuls tandens berøringsflader. Ved balancens nulpunkt har balancen jo sin max hastighed og den første del af den skrå hæveflade på ganghjulet var ikke hurtig nok til at levere en impuls. Den sidste fjerdedel af hævefladen var for stejl på grund af den relative ændring i vinkel når ganghjulet drejer. At give hæve fladerne på ganghjulet en buet form, gjorde løfte mere ensartet og tillod at man kunne anvende en svagere drivkraft med mindre friktion mellem ganghjulstand og cylinder til følge. De senere ganghjul af stål reducerede slitage på cylinderen. Endeligt afskaffet blev slidtagen da cylinderen blev fremstillet i safir. Fig. 13. En buget ganghjulstand har bedre kontakt med cylinderen når der tilføres impuls Bréguet forbedrede cylinderechappementet ved at udarbejde sin egen form for rubin cylinder i omkring Som tidtager var de tidlige cylinderechappementer dog ikke meget bedre end spindelechappementet... den maximale præcision var på omkring to minutter om dagen. Med hensyn til pålidelighed og evnen til at fungere uden behov for service var spindelechappementet dog overlegen og dens robusthed gjorde den meget populær. I Bréguets hænder blev cylinderechappementet udstyret med de samme egenskaber, og med hjælp fra hans temperatur kompenserende balance, blev dets gangnøjagtighed forbedret til et minut om dagen.

24 Side 24 af 87 De væsentligste størrelsesforhold i cylinderechappementet findes i forholdet mellem diameteren på cylinderen og diameteren på balancen kransen. Forholdet mellem cylinderen og balancekransen fastsættes af antallet af tænder i ganghjulet og et tandtal fra 13 til 15 synes stort set at have været bestemt af den disponible plads i uret. Hvis man øgede antallet af ganghjulstænder, med en bestemt størrelse, så må ganghjulets diameter også øges indtil ganghjulet støder på sekundhjulet. Fig ganghjulet kan ikke være større end sekundhjulet, og balancen skal være lidt større end ganghjulets dobbelte diameter... At øge antallet af tænder på ganghjulet vil kræve en mindre cylinder, hvilket vil være mere skrøbeligt og en svag cylinder har brug for en lettere balance med deraf følgende tab af inerti. At reducere antallet af tænder ville medføre at cylinderen er for stor. Hvis ganghjulets diameter blev reduceret for at kompensere, ville balancekransens diameter skulle reduceres for at undgå den støder på sekundhjulet, og igen ville balancekransens inerti reduceres. Sekundhjulet har tydeligvis en vis indflydelse på størrelsen af echappementet og det kan beskrives på følgende måde: ganghjulet kan ikke være større end sekundhjulet og balancen kan være lidt større end ganghjulets dobbelte diameter. Forholdet mellem cylinderen og balances diameter vil da være mellem 12 og 15:1. Denne enkle ordning blev brugt af Bréguet i hans bedste cylinderure, hvilket gav et meget tilfredsstillende resultat. Cylinderen er stor nok i radius til at den kan starte af sig selv når drivfjederen har været løbet ud og lille nok til at undgå at der opstår stor friktion på cylinderens sider. Dette kan dog ikke opnås uden også at overveje dimensionerne på balance kransen. Hvis kransen er alt for tung, vil der være behov for en stærk spiral på balancen for at nå det krævede antal af svingninger. Ganghjulet ville så være ude af stand til at starte balancen fra nulpunktet, på grund af modstand i spiralen. Hvis Balancen er for let vil den svagere spiral ikke være i stand til at dreje balance når der er friktion mellem ganghjulstand og cylinder... og igen, ville echappementet ikke starte.

25 Side 25 af 87 Det faktiske arbejdet med at beregne de bedste proportioner for forskelligt mellemstore ure blev gjort ved praktisk konstruktion og observation mellem 1760 og Lærebøger beskriver normalt cylinderechappementet præcist. Størrelser som 10 graders hævning og 1 grad fald er hyppige. har fungeret i mange ure, helt stabilt, og ofte blev det kun renset for omkring hvert ti år. Præcisionen forblev inden for to minutter om dagen i alle ti år. Balancens tapper er 0,1 mm i diameter og viser ikke nogen tegn på slid. Alligevel er der en god del luft i balancens juvel lejer. Præcisions arbejde udført på fabrikker med masse producerede cylinderure i slutningen af det nittende (og begyndelsen af det tyvende århundrede) kan i dag ikke udføres bedre end det håndarbejde Bréguets udførte, ved en fin intuitiv forståelse af kravene i George Grahams echappementer. Friktionen mellem tandspids og cylindervæggene under balancens resterende udsving lægger altså cylinderechappementet i kategorien Det hvilende echappement". Friktionen foregår på samme radius som impuls og virker som en bremse på overfladen af cylinderen. Det har den pudsige fordel at det forbedrer isokronismen på stål cylinderechappementer. Hvis kraften fra drivfjederen øges vil der ske en stigning i friktionen på cylinderens overflade som forhindrer den samlede amplitude i at stige. Dette er dog ikke så udtalt med en rubin cylinder, hvor friktion på cylinderens overflade er meget reduceret. Mængden af impuls, der vil overføres før centerlinjen linje er direkte afhængig låsevinklens størrelse. Den større del af impulsen vil blive overført efter centerlinjen og echappementet vil dermed tabe før ganghjulstanden falder til hvile på cylindervægen. Den friktion der opstår på hvilefladen af cylinderen (låsning af ganghjulet) gør det umuligt at få et præcis regulering fra cylinderen, men Ferdinand Berthoud forsøgte at løse dette ved at fremstille cylinderen i rubin. Det er nok hans fortjeneste at der i dag anvendes rubin i echappementer..

26 Side 26 af 87

27 Side 27 af 87 Komma echappementet Fig. 15 Kommaechappementet er interessant fordi det er en videreudvikling af cylinderechappementet og fordi det hjalp til udviklingen af duplex echappementet. Kommaechappementet blev aldrig en succes som tidstager. En fejl ved cylinderechappementet er, at impuls og låsning foregår på samme diameter på cylinderen. Ganghjulets tand låser på cylinderens overflade og giver balancen et ukontrolleret krafttab... for efterfølgende at tilføre impuls på samme diameter Kommaechappementet overfører impuls på en større diameter end den diameter der fungerer som låsning. Hvis låsningen foregår tæt på balanceakslens centrum så har balancens inerti mere magt over låsningen... Dette forhold er indført i kommaechappementet, men ganghjulstanden har samtidig lang vandring hen over den kurvede hæveflade... og olien skrabes hurtigt væk, med øget friktion til følge. Kommaechappementet har af denne årsag ikke vundet bred indpas i lomme og armbandsure. Kommaechappementet ligner cylinderechappementet men dog med den fordel at ganghjulet giver impuls på en større diameter end ganghjulet låses af cylinderen.

28 Side 28 af 87 Ganghjulstanden giver kun impuls til den ene halvsvingning hvilket ej heller er optimalt for et isokront echappement. Fig. 16. Ganghjulet er klar til at give impuls Fig. 16. Ganghjulstanden hviler på indersiden af et rør, kaldet kanonen, og er klar til at bevæge sig ud af hævefladen Hævefladen er en lang, buget stift, som sikrer at impulsen gives på en større diameter end den diameter ganghjulstanden anvendte da tanden var i hvile. Fig. 17. Ganghjulstanden glider her ud af hævefladen og overfører impuls til balanceakslen. Fig.17. Ganghjulet afleverer impuls Fig. 18. Ganghjulstanden er færdig med at overføre impuls og falder væk en ny ganghjulstand falder til hvile på kanonens yderside Fig.18. Ganghjulet har fald og låses af cylinderens ydre side Fig. 19. På dette sidste billede har balancen været ude i det resterende sving og er vendt. Ganghjulstanden der hvilede på kanonens yderside kan lægge an på kanonens inderside og vil snart være klar til at overføre impuls som i fig. 16. Komma echappementet overfører kun impuls til hver hele svingning Fig.19. Ganghjulet forlader cylinderens yderside

29 Side 29 af 87 Duplex echappement Fig.20. Duplex echappementet I det tidligere kapitel så vi at kommaechappementet er et "enkelt impuls" echappement, hvor ganghjulstanden falder til hvile, med friktions, på balanceakslens overflade. Det er samme ganghjulstand der låser på balanceakslen, og det er samme tand der leverer impuls. Friktionen og dermed energitabet på balanceakslen er stort. I Duplex echappementet har ganghjulet 2 sæt tænder... et tandsæt som er konstrueret til låsning og et andet tandsæt til impuls. Det har den fordel at låsning og impuls finder sted på en forskellig og mere fordelagtig diameter.

30 Side 30 af 87 Fig. 21. Den lange spærrings-tand (A) på ganghjulet hviler på en rubin- cylinder (B) med en rille skåret i dens overflade. Når rillen lader spær tanden slippe forbi, bliver ganghjulet klar til impuls. Fig.21. Låsetanden "A" er låst af rullen "B" Fig. 22. På sin vej gennem rillen giver spær tanden (A) en lille impuls til rillen i rubinen. Dette sker når tanden trykker mod rillens side. Fig. 22 Spær tanden (A) glider her gennem rillen i balanceakslen Fig. 23. Når spær tanden (A) er fri giver ganghjulstænderne (D), som sidder længere inde på ganghjulets radius, en hovedimpuls til impulsstiften (C) på balanceakslen. I den oprindelige udformning var der er to separate hjul. Fra omkring 1790 producerede engelske urmagere et enkelt ganghjul med to sæt tænder. Fig. 23 Spær tanden er fri af rillen og gangjulstanden (D) er klar til impuls til impulsstiften (C).

31 Side 31 af 87 Et lille fald opstår ved afslutningen af den lille impuls. Et andet fald sker efter afslutningen af den største impuls. Disse fald skal små og præcise. Fig. 24 Gangjulstanden (D) overfører impuls til Impulsstiften. Dette sker kun til balancens ene halvsvingning. Duplex echappementet anvender princippet centerimpuls, og det leverer kun impuls til hver hele svingning. Efter impuls sker balancens resterende sving næsten som et frit sving, og ganghjulet forstyrres kun lidt når rillen returnerer for at gøre klar til en ny impuls. Impulsen på kun den ene 1/2 svingning er den vigtigste ulempe for dette echappement, da impulsen skal være så kraftig at den kan overvinde echappementets energitab i hele den resterende del af svingningen - det kræver en kraftig drivfjeder. Med en kraftig drivfjeder vil den lange spærtand (A) trykke hårdere på balanceakslens overflade... som igen øger balancens energitab i det resterende sving. Dette echappementet kan ikke opfylde de krav der kræves til et isokront echappement i et chronometer ur. Men at det anvender princippet centerimpuls, og dermed ikke har behov for smøring på impulsstiften, betød at Bréguet og Urban Jürgensen anvendte echappementet i deres ure. Duplex echappementet konstruktion kræver det mest omhyggelige og dygtige håndværk, hvis echappementet skal fungere godt. Indgribningen mellem rubincylinderen og spærtænder er ikke dyb og spær tænderne kan "kamme over" hvis tapperne i balancelejerne har slør. Der er stor belastning på echappementets dele og alle lejer bør monteres med stenhuller for at forhindre slitage på tapperne. Hvis ganghjulet har slidte lejer, som dermed tillader ganghjulstænderne at komme tættere på balanceakslen, så kan balancen standse hvis spær tanden går for dybt i rubinens rille. Balancen kan også standse hvis palletten strejker en impuls tand på sin vej ind. På Duplex ganghjul ses til tider at en urmager har bøjet låsnings tænder for at overvinde denne fejl. Den eneste korrekte løsning er at forny echappementets lejer og reetablere korrekt centerafstand. Hvis fejlen er meget lille, kan der evt. korrigeres ved at forkorte impuls palletten lidt. Det bedste design og størrelsesforhold, synes at afhænge af konstruktørens opfindsomhed.

32 Side 32 af 87 Ikke to individuelt fremstillet ure har samme forhold mellem urenes dele... ure med dette echappement udviser ingen forskelle i ydeevne. AL Bréguet i Paris fremstillede ganghjul med spærtænder i stor diameter, som balancekransen, og U. Jürgensen - København valgte langt mindre ganghjul. Trods forskellige tandtal og diametre på ganghjulet, så fungerer de alle godt. Det ser ud til, at Duplex echappementet ikke stiller specielle krav til størrelsesforhold og at dets gangnøjagtighed, som i cylinderechappementet, afhænger af at spærring af ganghjulet sker på balanceakslen med en lille radius og dermed lille friktion. Det der forhindrer dette echappement i at være en god isokron tidstaget er, at den store impuls (se fig. 25, G til H) kommer efter centerlinjen... skal af denne orsag tilføres en stor amplitude for at kunne fungere, og det har svært ved at starte når drivfjederen har været løbet ud. Fig. 25 Udløsevinklen ses fra (F) til (G) og impulsvinklen ses fra (G) til (H). Hele balancens hævevinkel er så stor som 100 grader! Fig. 25 viser den usædvanlige store udløsevinkel for ganghjulets lange spærretænder og den fortsatte vinkel for impuls af ganghjulets korte tænder. Dette er den altafgørende svaghed i Duplex echappementet, hvor den samlede hævevinkel er på over 100. Vinklen (F til G) er udløsevinklen som er placeret på begge sider af centerlinjen, og vinklen (G til H) er den store impuls på kun omkring 35 som er helt placeret efter centerlinjen. Således er den mindste sikre amplitude vinkel over 75 grader. Hvis balancens udsving overstiger 180 og balancen banker, så vil den tilførte kraft medføre slitage på ganghjulstænder og deres omdrejningspunkt. Echappement bliver upålideligt. Tillader man en amplitude på 180 så er balancens frie sving kun på 105. Det er ikke nok til hverdagsbrug og kan forårsage en situation, som kræver en kraftig rystelse for at genstarte uret. Echappement har behov for en rubinrulle med meget lille diameter, og spærtænder på en stor diameter. Dette medfører at spær tandens indgribningsdybde i rubinrullen på mange echappementer er så lille som 0,05 mm!

33 Side 33 af 87 Det kinesiske Duplex echappement En form for echappement kendt som det kinesiske Duplex echappement har dobbelt spærring af ganghjulstænder. Der skal være 2 på hinanden følgende helsvingninger før ganghjulet leverer en impuls. Når der bruges et løbeværk på svingninger, så vil echappementet indikere et stort fremskridt for hvert sekund. Fig.26. Den "Kinesiske Duplex" giver impuls til den 4. halvsvingning. Dette system var en gang meget afholdt af kinesere, der foragtede sekundvisere med små spring på deres ure. Sådanne echappementer er ikke isokrone og er dårlige tidtagere... men de var meget afholdt af kinesere der lagde vægt på ro, fred og harmoni i sindet.

34 Side 34 af 87

35 Side 35 af 87 Ankerechappementet Ankerechappementet blev opfundet i 1754 af Englænderen Thomas Mudge. Han fremstillede det første ur med ankerechappement i 1769 for den engelske dronning Charlotte, og uret er fortsat i Dronning Elisabeths kongelige samling. Mudge s echappementet har hæveflader der helt ligner et almindeligt hvile echappement fra et stueur. På balanceakslen er der monteret en rulle. Rullen er udført i 2 niveauer, sådan at ankergaflens inderside (også i 2 niveauer) kan overføre impuls til rullen Rullen har dermed ikke monteret en impulsstift, men man fornemmer at de 2 niveauer sammen danner ligheden med et udsnit i en cylinder! Et echappement med et anker tilhører gruppen af de "frie echappement", hvilket betyder at ankeret holdes væk fra balanceakslen efter impulsen er givet... Når ganghjulet har afleveret sin impuls til ankeret, og dermed til balancen, så låses ganghjulet af ankeret og balancen svinger frit i det resterende sving. Ankerechappementet tilhører også gruppen af tangentielle echappementer, idet impulsen overføres på ganghjulets tangent og altså ikke på echappementets centerlinje. At ganghjulet afleverer impuls på ganghjulets tangent medfører at ankerets hæveflader skal smøres med et kraftigt smøremiddel. Fig.27. Det første ankerechappement, konstrueter af Thomas Mudge 1754

36 Side 36 af 87 Her illustreres funktionen af det moderne ankerechappementets dele: (Fig. 28) Plateauet, med impulssten, drejer her mod uret... og nærmer sig gaffeludsnittet. Ganghjulets tand hviler på udgangsankerstenen. Ankerstens hvileflade er skrå (15 grader - kaldet en "trækvinkel") og ganghjulstanden trækker dermed i ankerstenen sådan at ankeret trykkes mod anslagsstedet. Ganghjul er låst... Spyddet rører ikke sikkerhedsrullen og dermed svinger balancen frit. Fig.28. Plateauet, med impulssten, drejer her mod uret... (Fig. 29) Impulsstenen har nået gaffeludsnittet og trækker ankeret væk fra anslagsstedet. Ganghjulet tvinges i en lille baglæns bevægelse når tanden glider ned af ankerstenens hvileflade. (Fig. ( 30) Ganghjulstanden har nu berøring med ankerstenens impulsflade 2 og ganghjulets drej tilfører ankeret impuls (bevægelses ) energi). (Fig. 32) Ganghjulstanden er faldet væk fra udgangsankerstenen og en ny tand rammer hvilefladen på indgangsankerstenen. Dette sker 1,0 grad før ankeret rammer anslagsstedet. Indgangsankerstenen er ligeledes skrå... og denne trækvinkel trækker ankeret mod anslagsstedet sådan at balancen frit kan svinge i sit resterende sving. Fig.29. Impulsstenen har nået gaffeludsnittet... ( Bemærk, ( at når 3ankeret i fig. 30 passerer centerlinjen så passerer 4 spyddet gennem ) et lille udsnit i en rund ring på balanceakslen, ) kaldet sikkerhedsrullen. Spyddet og sikkerhedsrullen sikrer at ganghjulet ikke kan forlade ankerstenens hvileflade, og dermed frigive en impuls, mens balancen er i sit frie sving. Hvilefladerne på ankerstenene er tippet i en lille vinkel i forhold til ganghjulstændernes linje mod ganghjulets centrum. Man siger at ankerstenene har en underskæring, eller en "trækvinkel". Trækvinklen holder ankeret hårdt ud mod anslagsstifterne. Hvis uret rystes mens det fungerer, så trækker underskæringen af ankersten spyddet væk fra sikkerhedsrulles og sikrer dermed balancens frie sving. Fig.30. Ganghjulstanden har nu berøring med ankerstenen...

37 Side 37 af 87 At ganghjulet låses af ankeret, og at balancen kan svinge frit i det resterende sving gør dette echappement meget isokront. Balancen møder kun modstand når ganghjulet skal udløses... og impuls gives i hævevinklen ligeligt fordelt på begge sider af centerlinjen. Om echappementets hævevinkel: Fig.32. Ganghjulstanden er nu faldet væk... Fig.33. Her ses hvordan ankerechappementets regurlering afviger fra det fuldkomne isokrone sving... "Hævevinklen" i et ankerechappement ses som den vinkel balancen drejer, fra det øjeblik impulsstiften begynder at bevæge ankergaflen, til det øjeblik impulsstiften igen forlader ankergaflen. Hævevinklen består af 2 dele først en lille vinkel (vist fig. 32 som A ) hvor impulsstiften bevæger ankeret, efterfulgt af en vinkel (vist som B & C) hvor ankeret giver impulsstiften impuls. Fig. 32 viser hvordan ankerechappementets reguleringen afviger fra et fuldkommet isokront sving. Når impulsstiften bevæger sig ind i gaflen, gennem vinklen "A", så skal balancen ophæve trækket fra trækvinklen der holder ankeret mod anslagsstifterne. Dette giver et energitab før centerlinjen og resulterer i en langsommere 1/2 svingning. Vinklen "B er impuls før centerlinjen, som vil medføre en hurtigere halvsvingning, og vinkelen "C" er impulsen efter centerlinjen som vil medføre en langsommere halvsvingning. Omfanget af disse vinkler, vil variere alt efter størrelsen af echappementet, men den største del af den samlede impuls vil altid forekomme efter centerlinje. Derfor er det naturligt at ankerechappementets fejl vil give en tendens til at tabe, og den samlede hævevinklen må holdes på en så lille en vinkel som mulig, for at gøre reguleringen præcis ved balancens forskellige amplituder.

38 e Fagområde: Side 38 af 87 Hævevinklen opstår som følge af impulsstiftens radius, når den roterer, og ankerets radius (ankerets længde) til punktet i gaflen som impulsstiften berører. Et lille plateau med tilhørende langt anker giver en stor hævevinkel... og et stort plateau med tilhørende kort anker giver en lille hævevinkel. H æ v e v i n k l e n Fig.34. Omtrentlige vinkler i Mudge s echappement i M u d g e ' s e c h a p p e m e n t Fig.35. Et moderne echappement (som eta 6497) har et forhold på 4,4 : 1 Ankerets længde har varieret meget i gennem tiderne Se nøje på echappementet der er vist på fig. 1 (side 3). Dette echappement har ganghjulet placeret langt fra balancen for at gøre plads til ankeret der er placeret udenfor balancens diameter I nyere ure er ankeret placeret under balancen med en speciel lav ankerbro til at styre ankerakslen men på fig. 1. er vist et echappement med et speciel lang anker Dette specielt lange anker medfører at hævevinklen er stor og det fungerer dårligere som tidstager end nutidens korte ankre med lille hævevinkel. Fig. 34. viser de omtrentlige vinkler i Mudge's echappement, sammenlignet med vinkler på et moderne ankerechappement (fig. 35).. Begge har en vandring i ankeret på 10 til 12 grader. Mudge's har et forhold mellem ankerets radius og impulsstiftens radius på 8:1 hvilket giver en hævevinkel på 80. Et moderne echappement (som ETA 6497) har et forhold på 4,4 : 1. Det betyder at ankeret drejer 10 grader, og 10 gange 4,4 giver en hævevinkel på 44 grader. Dette er meget nærmere idealet om øjeblikkelige impuls på centerlinjen, som ville bevirke at balancen kunne svinge isokront, uden påvirkning af echappementets fejl. Hævevinklen på 44 grader kan reduceres yderligere ved at reducere ankerets bevægelse eller ved at udvide impulsstiftens virkeradius. Desværre vil inertien i echappementets dele, kombineret med den nødvendige luft mellem disse dele, samt stabile vinkler i drift, sætte en grænse for den mulige reduktion af hævevinklen. Faktisk kan en vinkel under 30 grader kun opnås ved det mest omhyggelige håndværk og dygtig sans for detaljer.

39 e Fagområde: Side 39 af 87 En hævevinkel på 30 grader forekommer i schweiziske ure som er masseproduceret af maskiner. De echappementer er resultatet af erfaringer og teknologisk udviklingen i de sidste halvfjerds år. Succesen med dette arbejde er understreget af de bemærkelsesværdige gangnøjagtigheder der er opnået ved konkurrence mellem ur producenter. Det er sandsynligt, at den internationale forskning har vist grænsen for effektivitet i ankerechappementets dele. En ændring af funktionen i en del af ankerechappementet kan ikke gøres uden hensyn til dens indvirkning på funktionen i echappementet som helhed. Fig.36. Et langt anker giver en stor hævevinkel... Gøres hævevinklen mindre så skal udløsning og overførsel af impuls uføres hurtigere. Ved at reducere vinklen fra 80, som i Mudge's echappement, til de 44 på visse ure fra Schweiz, skal ganghjulet accelerere 2 til 3 gange hurtigere for at fuldføre en overførsel af impuls. Ligeledes vil ganghjulets svage baglæns rotation, som følge af underskæringens træk mod ganghjulstanden, skulle udføres 2 til 3 gange hurtigere, og inertien i ganghjulet vil stige i takt med hastigheden. Her får ganghjulets vægt en afgørende betydning for, om en lille hævevinkel er brugbar i daglig brug. Ved hævevinkler der er meget små må en stærkere drivfjeder afhjælpe kravet om stor inerti i ganghjulet. Dette, kombineret med den høje anslagshastigheden på delene, føre til hård friktion, belastninger og slid. En yderligere virkning af det stigende pres på hvilefladerne, som følge af den stærkere drivfjeder vil være en tendens til, at balancen ikke kan udløse ganghjulet ved lave amplituder. H æ v e v i n k l e n i

40 Side 40 af 87 Om Ankerets vandrings vinkel Grebet "ankerets vandrings vinkel bruges for den vinklen ankeret drejes fra anslagssted (gennem udløsningen af en ganghjulstand og overførsel af impuls til impulsstiften) til ankeret igen rammer et anslagssted. Man kan gøre hævevinklen mindre ved at beholde impulsstiftens radius, og blot formindske ankerets længde. Gøres ankerets vandringsvinkel mindre, så vil hævningen og hvilen på ankerstenene også blive mindre. En vandringsvinkel på 10 grader er normal for ankeret og indeholder altså hele bevægelsen fra anslagssted til anslagssted. Fig. 37 viser denne vinkel. Fig. 37 Anketers vandring på 10 grader Hvis ankerets vandringsvinkel skal reduceres, så må vinklen til hvile og vinklen til tillægshvile forblive den samme. Mindre end 1,5 hvile ville være usikkert og en reduktion i vinklen for tillægshvile ville efterlade utilstrækkelig afstand mellem spyddet og sikkerhed rullen.

41 Side 41 af 87 Reduktionen i ankerets vandringsvinkel skal dermed komme fra en reduktion i ankerets impulsvinkel som igen opstår i ankerstenenes skrå hæveflader i kombination med ganghjulets hæveflader på tandspidserne. Hvilen skal have en sådan størrelse at den kan fungere selv hvis ganghjulet har en tand der ikke er helt løbende, og hvilen skal ligeledes fungere hvis der er slør i lejerne. Om hævefladens vinkel på ankerstenene I tegningen til venstre har en tand forladt ankerstenens hvileflade og er ved at overføre impuls til ankerstenens hæveflade. Fig.38. Slør i ganghjulets leje giver lille krafttab hvis ankeret bevæger sig ( som normalt) 10 grader Hvis ankerstenens hæveflade gives en mindre vinkel, så kan slør i lejerne medføre at ganghjulstanden kan bevæge sig ukontrolleret over en større del af hævefladen. Ved en mindre hævevinkel på ankerstenene mistes altså impuls pga. ukontrolleret lejeslør! Dette øgede tab af impuls kombineret med nødvendigheden af en sikker indgribning mellem impulsstift og ankergaffel, betyder at vandringsvinkelen bør være 10 for at fungere. Vinkle kan evt. øges til 12 for at give mere sikker hvile og øget spydluft samt hornluft. En hvilevinkel på 1 ville være for lidt til et lille ur, idet hornluften dermed også skal reduceres, hvilket er svært i små ure. Fig.39. Slør i ganghjulslejet giver stort kraftab hvis ankeret bevæger sig mindre end 10 grader.

42 Side 42 af 87 Om trækvinklen, hvile og tillægshvile Når ganghjulstanden lander på hvilefladen og ankeret fortsætter sin bevægelse mod anslagsstedet, så drejer ganghjulet svagt frem som følge af Trækvinklen. Dette sker ved at ankerstenen har en underskæring i forhold til tandspidsens "linje mod ganghjulets centrum". Ved udløsning af ganghjulet vil trækvinklen få ganghjulet til at rotere svagt baglæns og dermed yde modstand. Trækvinklen forsøger at holde ankeret fast på anslagsstedet. Dette træk er hensigtsmæssigt i løbet af balancens frie sving, hvor spyddet vil blive trukket væk fra rullen hvis uret udsættes for en pludselig bevægelse. Fig.40. Trækvinklen på indgangspalletten er normalt 13 grader i det øjeblik ganghjulstanden falder til hvile. Men bemærk også, at indgangsankerstenens trækvinkel mod ganghjulets centrum bliver mindre og mindre jo mere ankerstenen sænkes ind i ganghjulets omkreds. Sænker man udgangsankerstenen dybere og dybere ind i ganghjulets omkreds, så stiger ankerstenens vinkel Ovennævnte forskel gør at ankerstenene ofte monteres med forskellig trækvinkel: Fig.41. Trækvinklen på udgangspalletten er normalt 15 grader i det øjeblik ganghjulstanden falder til hvile. De grønne linjer angiver ankerets vinkel for hvile og tillægshvile. En poleret stålvægt der hviler på en poleret rubin- overflade vil begynde at rutsje når rubinoverfladen tippes til en vinkel på omkring 9. Dette er trækvinklens mindste nyttige vinkel. For at sikre trækvinklens funktion er vinklen øget til 14. Når ganghjulstanden rammer hvileflader, så vil trækvinklens vinkel på 14 grader ændre sig... når ganghjulstanden fortsætter sin vandring op af hvilefladen på ankerstenen... Denne vandring kaldes "tillægshvile". Når ankeret lægger an mod anslagsstedet, så vil udgangsankerstenens trækvinkel være på 15 og indgangsstenen sænkes naturligt til 13. Denne konstruktion har vist sig at være hensigtsmæssigt ved masseproducerede ure. Ankerstenens vinkel for hvile og tillægshvile er vist på Fig. 41.

43 Side 43 af 87 Fig.42. Hvile har ikke behov for trækvinkel... At hvilefladen også har en trækvinkel er helt spild af energi, da det kun er tillægshvilen der skal holde ankeret hårdt mod anslagsstedet Man kunne forestille sig at fremtidige anker echappementer havde trækvinkel på tillægshvilen (som vist i Fig. 42.) og hvor hvile fladen var udført som en cirkel. Denne konstruktion ville gøre udløsningen af ganghjulet mindre energikrævende og dermed fjerne lidt af ankerechappementets naturlige tendens til at tabe.. Om cirkelformede ankersten. Trækvinklen er kun nyttig i tillægshvilen... som er den vinkel der sikrer at spyddet holder væk fra rullen. Trækvinklen på hvilefladen er spild af energi! At hvilen også har trækvinkel opstår fordi ankerstenene er fremstillet som lige sten med rette sider Dette er ikke hensigtsmæssigt, navnlig da ankerstenene har forskellig friktion som følge af ankerstenenes rotation omkring ankertappen Fig.43. Kunne man forestille sig buede ankersten med konstant trækvinkel??? Hvis man forestiller sig ankerstenene fremstillet med cirkelformede hvileflader og disse er kippet 12 grader i forhold til ankerets centrum, så ville stenenes bevare en ens trækvinkel, både i hvilen og i tillægshvilen. I praksis har cirkelformede ankersten dog ikke været en succes, da ankerstenene skal kunne justeres i indgribningen til ganghjulstænderne. Når en cirkelformet ankersten justeres dybere til ganghjulet, så vil hævefladens vinkel ændres og det er skadeligt for ankerets funktion. Cirkelformede ankersten er ikke udført på masseproducerede ure.

44 Side 44 af 87 Tidligere urmagere var tilbageholdende med at bruge trækvinklen, som ikke blev fuldt ud accepteret før omkring Urmagernes indsigelse var, at den baglæns rotation i løbeværket trækker energi fra balancen og gør en stærkere drivfjeder nødvendigt. Deres løsning dengang var en lille fjeder som ville bevare låsning af ganghjulet ved en pludselig bevægelse af uret. En meget let lille fjeder ville også give et tab i balancens inerti, men tabet ville dog være ensartet. En undersøgelse med et mikroskop af et "fjeder udløst ankre uden trækvinkel viser et usikkert anslag på anslagsstederne, især når amplitude er lille, og inertien i ankeret er utilstrækkelig til at det kan dreje til anslagsstedet af sig selv. Selv om dette måske ikke vil få stor betydning for spyddets berøring af rullen, så vil et ukontrolleret anker forårsage en usikker indgribning når impulsstiften forsøger at komme ind i gaflen. Det er denne slags små variationer i funktionen i et echappement, der forårsager uregelmæssige ændringer i echappementets regulering. Bréguet og Berthoud producerede echappementer med en tynd fjeder der påvirkes af en stift monteret på plateauet... Ankeret kan kun bevæge sig når stiften påvirker fjederen. Selv om fjederen er god til at holde ankeret mod anslagsstifterne så har konstruktionen den mangel, at der generes friktion gennem hele hævevinklen og at det største kraft tab er i centrum af hævevinklen, hvor det netop ikke må forekomme. Et bedre alternativ til trækvinklen kan findes i magnetiske anslagsstifter. Den magnetiske tiltrækning vil mindskes som kvadratet på afstanden fra magneten. Dette vil give en høj trække værdi i løbet af balancens frie sving og en hastigt faldende værdi i at frigøre når trækket ikke skal anvendes. Moderne ure kan fremstilles af ikke-magnetiske materialer så reguleringen vil ikke blive påvirket af magneter.

45 Side 45 af 87 Om plateauet, impulsstift og sikkerhedsrulle De tidligste anker echappementer fremstillet i England i det attende århundrede, herunder Mudge's ur med anker echappement, indeholder en form for dobbelt rulle på balancen akslen (et plateau) med flere funktioner. Moderne plateau består af 2 ruller (runde skiver). Den øverste rulle bærer impulsstiften og den nederste rulle sikrede ankerets funktion i samarbejde med et spyd på ankeret. Spyddet er en kort arm der er monteret i ankergaflen, og som sikrer at impulsen kun kan overføres når impulsstiften er i hævevinklen. Ankre fremstillet i Tyskland og Frankrig i årene fra 1800 til 1900 var længere, som Bréguet foreslog det på daværende tidspunkt hvor han var førende producent af echappementer. Et langt anker giver en større indgribningen mellem rulle og anker. Dermed anvendte de en enkelt rulle der fungerede både som rulle for impulsstiften og som sikkerhedsrulle for ankeret. Denne konstruktion kan anvendes når forholdet på 5:1(se ved A). For forhold på 3:1, (se ved C), er grænsen for det mulige nået, spyddet har her ikke en sikker indgribningsdybde i rullen og en ekstra sikkerhedsrulle må monteres til spyddet (se ved B). Lodrette spyd bruges til plateauer med enkeltrulle og plateauer med dobbeltrulle har vandrette spyd. Fig.44. Det lange anker kan fungere med en enkelt rulle... Det korte anker har behov for en dobbelt rulle... På Fig. 45 er vist hvor langt hornet bør være. Impuls stiften er i gaflen. Drejes impulsstiften blot 1 grader baglæns (ud af gaflen) så overtager hornet styring af ankerets placering - man kan mærke hornluft. Drejes impulsstiften yderligere baglæns så er det hornets opgave at sikre ankerets placering til spyd og sikkerhedsrulle overtager denne styring. Det gør spyddet ved 33 grader. Dermed ses hornets længde. Gøres sikkerhedsrullen mindre i diameter så må hornet være længere. Bemærk i øvrigt at spyddets luft til sikkerhedsrullen absolut må være mindre end impulsstenens luft til hornet... for at forhindre at impulsstiften støder på hornets spids. Fig.45. Hornet skal sikre ankerets funktion 33 grader før impulsstiften rammer gaflen

46 Side 46 af 87 Formen på impulsstiften har en indflydelse på ankerets vandringsvinkel og kan dermed betyde at impuls mistes. Forskellige typer af impulsstift har indflydelse på den luft der nødvendigvis må være ved impulsstiften i gaffeludsnittet. Fig.46. En rund impulsstift giver meget slør i ankergaflen Flere forskellige former for impulsstift har været anvendt gennem tiden... Den cylindriske stift var almindelig i årene 1800 til Det er den mindst ønskværdige form og den giver uforholdsmæssigt meget luft når ankeret lægger an mod ankergaflens side. På fig. 46 (A) vises den luft som følger af en cirkelformet impulsstift. Luften skal modsvares af en tilsvarende stor vinkel for hvile og tillægshvile for at kontrollere en utilsigtet udløsning af impuls. I årene 1850 til 1900 var en impulsstift med form som en ellipse meget almindelig... derfor anvender tyske (og danske) urmagere navnet "Ellipsen". Se fig. 47. Fig.47. En elipseformet impulsstift Den trekantede impulsstift blev anvendt af de bedste schweiziske urmagere. Den giver mindst friktion på kontaktflade med gaffeludsnittet under impuls. På fig. 48 (C) vises den trekantede impulsstift der har ligeledes uforholdsmæssig meget luft. Sommetider reducerede man denne luft ved at indsnævre gaflens åbning. Den trekantede form giver dog vanskeligheder, når ankeret overfører impuls til en lille flade på den trekantede impulsstift. Der opstår hurtigt slidtage som igen øger luften og efterlader en ru side i gaffeludsnittet så impulsen overføres i hag.. Den cylindriske impulsstift med en flad side, overfører impuls uden tab i unødig gaffelluft. Ankerets impuls overføres til en cylindrisk flade med minimal slidtage til følge og den flade side sikrer stabilitet i hornluften. Fig.48. En trekantet impulsstift Fig.49. Den moderne impulsstift giver mindst slør i gaflen

47 Side 47 af 87 Om Hornluft og spydluft På billederne her er vist hvordan ankeret opnår en sikker funktion med plateauet. Fig. 50 Fig. 50: Plateauet drejer i retning med uret. Ankeret er trykket mod anslagsstiften fordi ganghjulstanden trækker i ankerstenen.. Dermed rører spyddet ikke ved sikkerhedsrullen, og balancen kan svinge frit. I tilfælde af en hård bevægelse af echappementet, så vil sikkerhedsrullen forhindre ankeret i at flytte sig. Den luft der her er mellem spyd og sikkerhedsrullen kaldes "spydluft". Spydluften er lille... normalt 1. Fig. 51 Fig. 52 Fig. 51: Ankeret er stadig trykket mod anslagsstiften.. men spyd og sikkerhedsrulle kan ikke længere forhindre ankeret i at flytte sig ved en hård bevægelse. Derfor er der monteret "horn" på ankeret. Ved en hård bevægelse vil hornet ramme impulsstiften og sikre en fortsat sikker funktion. Luften mellem horn og impulsstift kaldes "hornluft" og luften er større end spydluft, normalt 1,5. Fig. 52: Impulsstiften er nået ind i gaflen. Ankeret trykker stadig mod anslagsstiften, men hornet og spyddet har mistet deres funktion. Dette er et sårbart øjeblik... Impulsstiften har ikke opnået en sikker indgribningsdybde i gaflen og derfor kan impulsstiften måske hænge på hjørnet til hornet ved en pludselig og hård bevægelse af echappementet. Her er impulsstiftens form vigtig, og den cirkelrunde impulsstift - men en flad side - har vist sig at give den mest sikre funktion. I fig. 53, er impulsstiften i sikker indgribning med ankergaflen og dermed foregår ankerets drej, gennem udløsning og impuls hel sikkert. Fig. 53 Luften mellem gaflens sider og impulsstiften kaldes "gaffelluft" og er absolut lille for at forhindre fejl i ganghjultandens vandring på ankerstenens hvile og hæveflade. Ankergaflens sider bør være poleret til høj glans så krafttab undgås.

48 Side 48 af 87 Om ankerstenens placering Når ganghjulstanden hviler på ankerstenens hvileflade så trykkes smøremidlet til siden og overfladefriktionen øges. Et stabilt smørremiddel kan formindske, men ikke fjerne, denne friktion. Når ankertanden glider på hvilefladen af en ankersten så vil overfladefriktion betyde krafttab for balancekransen. Dette krafttab er i praksis ikke muligt at undgå, derfor må man forsøge at gøre krafttabet ens på begge ankersten. Fig.54. Ankersten plaseret i samme afstand fra ankerakslen - hvilefladerne er forskellige men hævefladerne er ens Fig.55. Hvilefladerne har samme afstand fra ankerets centrum... Hvilefladerne er ens men hævefladerne er forskellige... Fig.56. Ankersten plaseret som en mellemting at de 2 forrige... I fig. 54 er vist et anker hvor ankerstenene er placeret lige langt fra ankerets centrum. Sådan beskrev Mudge ankerstenenes placering, og sådan var anker echappementer produceret i starten. Dette var meget lig konstruktionen i den meget kendte Grahams gang i store ure. Hæve fladerne ligger lige langt fra ankerets centrum. Hæve fladerne er ligeledes ens i vinklen, og de er lige lange. Derfor er friktionen helt ens på hæve fladerne når der overføres impuls til hver halve svingning. Men hvilefladerne har forskellig afstand til ankerets centrum... Begge hvileflader er 1,5 grad, men den forskellige afstand til centrum betyder at ganghjulstanden må glide en længere strækning på indgangsstenen og her er større friktion end når ganghjulstanden glider en kort strækning på udgangsstenen. I denne konstruktion er der altså større krafttab når balancen skal udløse impuls på indgangsstenen, og mindre krafttab i udløsningen på udgangsstenen. I fig. 55 er ankerstenene flyttet i forhold til ankerets centrum. Indgangsankerstenen er flyttet tættere på ankerets centrum, og udgangsstenen er flyttet længere væk. Dermed er hvilefladerne kommet i samme afstand til ankerets centrum, hvilket giver en ens strækning som ankertanden skal glide og dermed ens krafttab. Men hæve fladerne har nu forskellig afstand til ankerets centrum, og udgangsankerstenen må konstrueres med en mere skrå hæveflade for stadig at spænde over samme vinkel som indgangsstenen. Dette betyder at udgangsstenen bliver længere og dette medfører igen at ganghjulstanden har større friktion på denne flade... Impulsen der overføres til balancen er nu blevet forskellige på indgangs- og udgangssten. Endvidere har echappementet på grund af den mere skrå udgangssten, sværere ved at starte når en ganghjulstand skal begynde at give impuls på udgangsstenen - hvis drivfjederen har været løbet ud.

49 Side 49 af 87 Alligevel var dette den foretrukne måde at montere ankersten i slutningen af det nittende århundrede. Man brugte tunge balance kranse og kraftige spiraler der ikke havde svært at udløse ganghjulet. Dermed var en lille forskel i modstand ved udløsning ikke så afgørende. Urene havde kraftige drivfjedre som overførte en kraftig impuls via et ganghjul med traditionelle "spidse" ganghjulstænder. I moderne konstruktioner tilsigter man et kompromis mellem de to nævnte, (se fig. 56). Her er ankerstenene placeret i forskellig afstand til ankerets centrum, hvilket giver lidt større krafttab på indgangsstenens hvileflade, og også lidt større krafttab på udgangsstenens hæveflade. Resultatet er at krafttabet på ind- og udgangssten er meget ens, og dette har ved erfaring vist sig at give en god funktion. Denne konstruktion er ydermere meget egnet til et ganghjul med kolbetænder, hvor hævningen er delt mellem den skrå ankersten og den skrå (og brede) tandspids. En helt anden konstruktion af det ankerechappement er vist på fig. 57. er fremstillet af John Leroux i Det er ganske interessant, fordi det er det første echappementer efter Mudge's med forbedret princip og design. Den mest åbenlyse forskel er i formen af ganghjulets tænder, der minder stærkt om et ganghjul fra et cylinderechappementer, og ankersten som kun har funktion til hvile men ingen hævning. Hele hævningen er i de skrå tandspidser, mens ankerstenene kun tjener til at låse på lige tangent radier. Fig. 57. Ankerechappement af John Leroux Dette arrangement byder på lige løfte og lige lås og ved første øjekast synes at være en attraktiv enkel løsning på problemet med de forskellige trækvinkler. Dette echappement inspirerede senere urkonstruktører i det nittende århundrede, især JF Cole og S. Marait, men i dag hvor vi forventer ure med høj gang nøjagtighed, mangler dette echappement evne til at bevare olien på ganghjulets tandspidser. Olien skrabes hurtigt af hvilefladerne og der opstår stor friktion i udløsningen. Den moderne form for kolbetand er et kompromis mellem den Mudge anvendte, og den af Leroux, med den skrå hæveflade, dels på tanden og dels på ankerstenen. Det er en ekstra fordel, da kolbetandformen og hævefladen holder bedre på olien... ved hvile og under impuls. Fig. 58. Kolbetanden har lille fald I fig. 58. vises at kolbetanden har behov for et mindre fald, ved linjen A. Bemærk at faldet for den lige tandform (vist med B) er nød til at inkludere tandspidsen.

50 Side 50 af 87 Om smørring af ankerstenenes hæveflader Vinklen på den moderne og underskårne kolbetandspids er mindre end vinklen på ankerets hæveflader for at undgå den skrabe effekt der fjernede olien på Lexoruxés ganghjulstænder. Billederne i fig. 59 vises vinklen på kolbetandens underskårne tandspids når den hviler på ankerstenens hvileflade... når den bevæger sig over hævefladen og sidst når den er lige ved at forlade ankerstenen. Kolbetandens overflader er højglans- polerede. Moderne ganghjul er fremstillet i stål men tidligere var det almindeligt med ganghjul fremstillet i messing. Der er ikke nogen mærkbar fordel ved at anvende det ene materiale frem for det andet, men i moderne masseproduktion viste det sig lettere at polere tandspidser af stål. Bemærk, at spær fladerne på Leroux s ankerstene (fig. 57) er vinklede i forhold til ganghjulets centrum sådan at de giver en trækvinkel. Det er den tidligst kendte udførsel med træk på ankerstenene og fortjenesten for dette må tilskrives Leroux. Emmery beskrives som opfinder men han anvendte ikke dette arrangementet i et af hans ure. Tidligere tiders forsøg på at bevare olien på tandspidsen var fx at slidse tandspidsen (Bréguet og Emmery), at fremstille buede oliekanaler til tandens spær flade (Emmery) og at bore et lille hul fra tandens bagside for at producere er olie reservoirer med forbindelse til tandens spær flade (Bréguet). Ingen af disse gamle metoder har overlevet til vore dages ure fordi de ikke forbedrede oliens tilstedeværelse på tandens slidflader. Fig. 59. Oliens plasering på en kolbetand I moderne ure slibes en lille facet på bagsiden af ganghjulsetanden (se fig. 60). Facetten er poleret og danner en vinkel på 45 grader til ankerstenens hæveflade. Flere fabrikanter af moderne echappementer mener at forlænge oliens tilstedeværelse på ganghjulets tandspids, men samtidig har olien en større overflade til den omgivende luft, og oxyderer dermed hurtigere. Fig 60. En kant til olie på undersiden af ganghjulstanden.

51 Side 51 af 87 En yderligere forskel i de echappementer som blev fremstillet at Leroux ligger i vinklen på ankerstenenes hæveflader. Leroux s anker spændte kun over to tænder af de 15 tænder der var på ganghjulet, og dermed var ankerets spændevinkel på 24 grader. Echappementer fremstillet af Mudge spændte over 5 af de 20 tænder der var på ganghjulet, og dermed var denne spændevinkel på 90 grader. Betydningen af dette er vist i fig. 61, hvor ankerstenen C har en længere hæveflade hvorpå ganghjulets tand skal udføre en længere vandring end på ankerstenen A. Begge ankersten har udført et drej på 5 grader. Hævefladen på C er længere end hævefladen på B og A har dermed større overfladefriktion mod ganghjulstanden. Fig. 61. Jo længere ankerstenen placeres fra ankerets centrum, jo stejlere bliver hævefladen... Den kortere hvileflade på ankerstenen A er også en fordel når echappementet skal starte af sig selv. Når uret trækkes efter flere dage uden brug, så har balance og spiral mere magt over den mindre friktion og ankerstenens underskæring. Hvis ankerstenens radius er lille, som i Leroux s ure, da vil ganghjulet indeholde kraft nok til at løfte ankerets hæveflade og uret kan derfor lettere starte når det trækkes. I moderne ure er en spændevidde på to og en halv af 15 tænder, altså 60 grader, blevet almindeligt (ankerstenen B) som et kompromis mellem kravene til udløsning og impuls. En ankerspændevide på 30 grader er brugbar for ure over 40 mm i diameter. For mindre ure bør spændevidden ligge mellem 35 og 40 grader, afhængig af størrelsen på det aktuelle ur. Jo mindre ur diameter, jo større spændevidde er nødvendig. Dette skyldes at den inerti der lagres i balance kransen mindskes drastisk ved små balancer. Små spændevinkler har en høj modstand i udløsnings øjeblikket. At øge ankerets spændevinkel giver en bedre fordeling mellem modstand i udløsning og impuls, som igen gir balancen en mere jævn bevægelse. Dette betyder til gengæld at spiralen må drejes (og spændes) gennem en større bevægelse for at fuldføre hævevinklen, men da mindre ure har en svagere spiral så vil echappementet ikke standse som det måske kunne være tilfældet med større ure.

52 Side 52 af 87 Svingningstiden for balancen har stor betydning for funktionen af echappementet. De fleste lommeure er fremstillet med en svingningstid på sving pr. time. Øges denne svingningstid til fx så må man montere en stærkere spiral såfremt at man ønsker at beholde den eksisterende balancekrans. Ved mindre amplituder vil dette bevirke at ganghjulet har sværere ved at dreje balancen gennem balancens hævevinkel og echappementet vil standse. at øge en 30 graders spændevidde med 15 procent (ca. 5 grader) ville genopbygge balancens kraft. Echappementer i moderne ure med høj præcision i deres måling af tid, har høje svingningstal... fx sving pr time. Disse har høje spændevinkler for at undgå impulstab som følge af inertien i ganghjul. En øgning i ankerets vandringsvinkel udføres af ankerets hævevinkel hvis udløsning bevægelsen mod anslag er som før. Stroboskop fotografier af echappementet i bevægelse viser at tanden ikke er i stand til at røre ankerstenens hæveflade på den første del af hævefladen. Selv ved en øget spændevinkel til 55 grader, så er ganghjulets berøring af hævefladen ikke bedre end ved en spændevinkel på 45 grader, som følge af inerti tab. har brug for en kraftig drivfjeder for at give echappementet en amplitude på 280 grader. Problemer med smøring har bevirket at flere ure producenter har sænket svingningstallet til sving pr time. Ganghjulstandens evne til at overføre kraft til hele ankerstenens hæveflade efter udløsning var et tilbagevendende diskussionsemne blandt ur konstruktører i mange år. Først i 1951 kunne formanden for National College of Horology i England, Major Andrew Fell, fremvise hvad der sker i en højhastigheds film af et ur med et echappement på sving pr time. Filmen viste at der ikke var tvivl om at ganghjulstanden havde god kontakt med ankerstenens låseflade og impulsflade gennem hele bevægelsen. Tidligere troede mange at ankerstenens trækvinkel og ganghjulets baglæns rotation gav ganghjulstanden en dårlig kontakt på hævefladens første del. En årsag til denne opfattelse var, at man på ældre ure kunne observere varierende slidtagemærket hvor ganghjulstanden faldt til hvile og hen over ankerets hæveflade hvor ganghjulstanden overførte impuls.

53 Side 53 af 87 Da ældre engelske ure normalt svingede med sving pr time, altså langsommere end uret på filmen der svingede med sving pr time, så kunne den varierende slidtage altså ikke forklares med manglende kontakt mellem ganghjulstand og ankersten. Forklaringen for fænomenet skal findes i at balancer med langsomme svingnings tider har tunge balancer og har derfor også en stærk spiral med tilhørende kraftig drivfjeder... for at give en tilstrækkelig høj amplitude. Når ganghjulstanden runder ankerstenens hjørne mellem hvileflade og hæveflade, så accelererer ankeret kraftigt for at opfange den luft der er mellem impulsstift og ankergaffel, og det skift ankertappen gør i berøringsfladen i sit leje. Accelerationen bremses drastisk op igen når ankergaflen møder impulsstiften. Det forsatte tryk af ganghjulstandens opbyggede inerti forårsager at slidtage på ankerets hæveflade altid er på samme sted. Med det lidt hurtigere echappement på sv.pr. time, modsvarer ganghjulstandens acceleration bedre af ankerstenens vigende hæveflade og ganghjulstanden kan udføre en mere jævn bevægelse med hensyn til nævnte slidtage og med en bedre berøring af hele hævefladen.

54 Side 54 af 87 At kontrollere Gaffelluft, hornluft og spydluft... Rækkefølgen er som følgende: 1. Først fornemmes gaffelluft tydeligt, hvis man lader balancen falde til ro... og drivfjederen er spændt ned så der ikke er kraft på løbeværket. Nu holdes balancekransen fast så balancen ikke kan rotere. Med en fin spidset genstand af træ, eller af hård plast, forsøger man at skubbe sideværts til ankergaflen... Ankergaflen må nu kun vise absolut minimal luft mellem ankergaffel og impulsstift. Denne kontrol sikrer at anker og impulsstift passer sammen og at der ikke er slidtage i gaflen Fig. 62. Gaffelluft - kan næsten ikke mærkes 2. At fornemme hornluft gøres ved dreje balancekransen - fra balancens døde punkt - og ca. 30 til 45 grader til siden (som vist på fig. 63.). Her bevæger man igen ankergaflen og hornluften opstår mellem ankerets anslagssted på værkpladen og impulsstenen der støder på hornet. Hornluften der fornemmes, skal være STØRRE end den luft vi om lidt fornemmer som spydluft. Drej også balancekransen tilsvarende til modsatte side, da hornluften i begge sider bør være ens! Er Hornluft ikke ens i begge sider, da må man vurdere om ankeret evt. har skævheder, eller om ankerets anslagssteder er beskadigede - og fejlen rettes. Fig. 63. Hornluft er større end spydluft 3. At fornemme spydluft gøres ved at dreje balancekransen - fra balancens døde punkt - og 90 grader til siden (som vist på fig. 64.). Spydluften opstår mellem ankerets anslagssted på værkpladen og spyddet, når spyddet rører sikkerhedsrullen. Spydluften skal klart fornemmes MINDRE en den før nævnte hornluft. Husk også her at dreje balancekransen 90 grader til modsatte side for at fornemme spydluft i begge sider - de skal være ens! Er de ikke ens så er spyddet skævt og bør rettes. Er spydluften samme størrelse, eller større, end hornluft, da er spyddet for kort og skal "strækkes" til korrekt længde. - Er spydluften tydeligt for lille, da er spyddet for langt og skal kortes til korrekt længde. Fig. 64. spydluft er meget lille Hornluften er altså STØRRE end spydluft.. og dette har betydning for forståelsen af "hvile og tillægshvile".

55 Side 55 af 87 At kontrollere hvile og tillægshvile. "Hornluften er større end spydluft"... Det betyder, at man skal være specielt opmærksom på om hornluften kan give problemer for ganghjultandens placering på ankerstenene... altså størrelsen af hvile og tillægshvile. - Ved "Hvile" forstås den afstand (typisk 1 grad) som ganghjulstanden falder oppe på ankerstenens hvileflade... - Ved "Tillægshvile" forstås den afstand (typisk 1,5 grad) som ankeret drejer EFTER ganghjulstanden er faldet på hvilefladen før ankeret rammer anslagsstedet. Som nævnt, så er hornluften størst, og dermed er det hornluften der skal bruges ved kontrol af om Hvile og tillægshvilen sammen har den korrekte størrelse... Hornluften vil, som følge af sin store størrelse bevirke at både hvile og tillægshvile sammen skal forhindre en ganghjulstand i at komme i berøring med en hæveflade på ankerstenen... Holder man balancekransen sådan, at man fornemmer hornluft, så ser man om en ganghjulstand faretruende nærmer sig hævefladen på ankerstenen. Hvile og tillægshvile skal samlet justeres sådan, at selv en kort ganghjulstand kan fungere sikkert på begge ankersten, når hornluften bevæges. Hvile og tillægshvile justeres normalt til samlet at være 2,5 grad, hvor hornluften normalt justeres til 1,5 grad... dermed er der 1 grad til at fange en enkelt kort ganghjulstand også hvis der er ekstra lejeslør i anker og ganghjulslejer. Fig. 65. Hvile vises (1 grad) på indgangs ankersten og på udgangs ankersten(1,5 grad)

56 Side 56 af 87

57 Side 57 af 87 Chronometer echappementet. Fig. 66. Chronometer echappement, tegnet af Viggo Andersen Spærarm med faste lejer og spiral. I årene fra 1900 til 1950 anså urmagerne chronometer echappementet for at være mere isokront end anker echappementet, og de fineste og bedste tidtagere anvendte derfor et chronometer echappement. Under 2. verdenskrig anvendte al tysk skibsfart de velkendte "skibskronometre" produceret i Glashütte... Chronometerechappementet har den fordel, at det (ligesom spindelechappementet) overfører energi til balancen direkte fra ganghjulet... Chronometerechappementet anvender centerimpuls, og har dermed ikke behov for smørring på ganghjulstænderne. Ganghjulets låsefunktion er en let lille spærarm som udløses af en stift på balancen... og balancen har frit sving i en stor del af en hel svingning hvilket gør echappementet meget isokront. Ulempen ved dette echappement er blot at ganghjulet kun overfører energi én gang når balancen udfører en hel svingning... Chronometer echappementet er et direkte, enkelt impuls echappement. Impulsen leveres direkte fra ganghjulets tand til en impulsstift på et plateau der er monteret på balanceakslen. Når impulsen er givet låses ganghjulet af en spærarm, sådan at balancen kan svinge frit i hele sit udsving. der er vist øverst på siden har en spær arm der er monteret på en drejelig aksel, og på næste side vises spærarmen med den velkendte fjedrende arm.

58 Side 58 af 87 Fig. 67. Chronometer echappement med spærarm som fjeder. John Arnold var den første urmager der fremstillede spær armen i sine ure i slutningen af det attende århundrede. Spær armen med funktion som en fjeder blev opfundet af John Arnold og Thomas Earnshaw i fællesskab i Nyere ure med chronometer echappement anvender udelukkende fjeder spær armen som i Earnshaw s design. De tidlige chronometer- echappementer havde hævevinkler på 52 grader, afhængigt af forholdet mellem ganghjulets diameter og plateauets diameter. I det nittende århundrede blev hævevinklen reduceret til 36 grader for armbåndsure, og til 45 grader for Marine Chronometre. s funktion er ganske simpel, og impulsen gives næsten uden friktion, så ganghjulstanden i praksis ikke behøver smøring. I såvel England som i Sweitz fremstillede man chronometer echappementer med 15 tænder på ganghjulet.

59 Side 59 af 87 Chronometer echappementets funktion: Fig. 68 I Fig. 68. drejes balance og dermed plateau i mod viserernes retning. På plateauet sidder en lille udløsersten. Udløserstenen har her kontakt med udløserfjederen der er monteret på spær armen. På spærarmen er monteret en spærsten med en trækvinkel på 9 grader, der låser ganghjulet. I fig. 69. har udløsningsstenen løftet spær armen til side. Stenen der spærrer ganghjulet har sluppet sig tag i ganghjulstanden og en tand på ganghjulet har kontakt med impulsstiften sådan at ganghjulet overfører bevægelsesenergi til balancen. Fig. 69 Når ganghjulstanden overfører impuls til impulsstiften, vil udløserstenen passere forbi den lille låsefjeder og hele udløserarmen falder tilbage mod ganghjulet og er klar til at gribe og spærre en ny ganghjulstand. Når impulsen er fuldført vil balancen svinge uhindret ud i sin yderstilling. I returbevægelsen fra yderpunktet (fig. 70.) skubber udløserstiften den lille udløserfjeder til side og balancen svinger uhindret til det efterfølgende yderpunkt uden at udløse ganghjulet. Fig. 70 Spiralens ineffektive punkt (altså der hvor uret ikke halter) ligger lige der hvor udløserstiften rører udløsningsfjederen. Fordelen ved dette er, at udløsningsvinklen er lige fordelt på begge sider af spiralens ineffektive punkt, sådan at echappementets evne til at standse ved lille amplitude er mindre. Impulsen gives udelukkende efter spiralens ineffektive punkt og derfor har echappementet den fejl at øget impuls får det til at tabe.

60 Side 60 af 87 Fig. 71. Den udløsende vinkel er afhængig af udløsestenens radius... Chronometerechappementets udløsende vinkel Den udløsende vinkel er afhængig af udløsningsstenens radius (på plateauet) og udløsningsfjederens længde samt den dybde som spær stenen har med en ganghjulstand. På tegningen (fig. 71) er spær stenens dybde sat til 1 grad, og spær fjederen har kontakt med udløserstenen i en stor vinkel fra A til C. Udløserstenen drejer fra A til B for at udløse ganghjulet. Men udløserstenen slipper (af sikkerhedsmæssige grunde) først udløserfjederen ved C. På tegningen fornemmer man at vinklen AB er lige så stor som vinklen BC men over tid som spær fjederen slides, og bliver kortere, vil vinklen BC blive mindre. At hele udløservinklen ligger efter spiralens ineffektive punkt betyder at balancen i denne vinkel har en plusgang. Over tid som spær fjederen slides kortere vil vinklen BC blive mindre og dermed formindskes echappementets plusgang. Vinklen ab er den vinkel der svarer til udløserstenens vinkel AB og viser impulsstenens vandring når spær stenen slipper ganghjulstanden. Interessant er det, at ganghjulet ved udløsning foretager en lille baglæns rotation. Rotationen opstår som følge af spær stenens trækvinkel på 9 grader, og rotationen giver impulsstenen plads til at dreje ind i ganghjulets radius uden at støde på en ganghjulstand. Når urmageren skifter en spærsten skal urmageren forvisse sig om at trækvinklen sikrer denne funktion! og skifter urmageren en udløserfjeder, da skal længden på spær fjederen være som på tegningen ovenfor.

61 Side 61 af 87 S p æ r s t e n e n Fig. 72. Spærstenen har en trækvinkel på 9 grader, der giver ganghjulet en svag baglæns rotation... Spær stenens funktion er som nævnt at låse ganghjulet, sådan at impuls kun gives når balancen er klar til at modtage impuls. Man giver spær stenen en sikker låsefunktion ved at justere trækvinklen til 9 grader. Ved udløsning bevirker denne trækvinkel at ganghjulet har en svag baglæns rotation og ved ganghjulets anslag er der ingen baglæns rotation, men blot et rent anslag. Urmageren kan med fordel øge trækvinklen hvis der er slidtage i ganghjulets lejer, idet ganghjulets baglæns rotation er med til at sikre impulsstenens indgangs- passage forbi en ganghjulstand. Men øges trækvinklen, så kan det blive nødvendigt at justere længden på den fjeder der holder spær armen. En øgning af trækvinklen kan dreje ganghjulet sådan at impulsstenen har vanskeligt ved at passere en tand på sin vej ud af ganghjulet, hvor der ikke er en baglæns rotation. Men at justere længden på spær armens fjeder kan bevirke at spær stenen ikke længere sidder på ganghjulets tangens hvilket gør spærfunktionen ustabil.

62 Side 62 af 87 Fig. 73. Aage Sødermann har tegnet en spærsrm der ikke er på ganghjulets tangent... Fig. 72 viser et engelsk chronometer echappement, tegnet at Åge Sodemann i På tegningen ses at spær stenen ikke er placeret på ganghjulets tangent altså 90 grader på spær armens fjeder.. Spær stenen er placeret på center linjen mellem balanceaksel og spær armens fæstningsfjeder. Dette har den konsekvens at spær stenen ikke kan sidde på ganghjulets tangens. Mange tidlige engelske chronometer echappementer havde problemer med at ganghjulets anslag på spær stenen var ustabilt Anslaget blev ustabilt fordi spær stenen ikke var placeret på ganghjulets tangent og dermed blev fjederen på spær armen skævt belastet. Rystelser i fjederen gjorde ganghjulets placering under låsning ustabil og kunne bevirke kollision mellem impulsstenen og en ganghjulstand.

63 Side 63 af 87 Spær arme på aksler med tapper. Fig. 74. Aage Sødermann, Spærarm med aksel, tapper og fjeder... Har spær armen aksel og tapper som vist i fig. 74. i stedet for en spærarm med fjeder, så er fastholdelse af ganghjulet mere sikkert under låsning. Men, spær arme med aksel og tapper blev stort set ikke fremstillet i England i den anden halvdel af det nittende århundrede. De engelske producenter fokuserede på olien i spær armens tapper og mente at oliens klæbeevne ville påvirke echappementets svingningstid. Dette var formegentligt rigtigt i det attende århundrede da Arnold fremstillede sit echappement med tapper, men i den sidste halvdel af det nittende århundred var oliers kvalitet forbedret så meget at denne indvending ikke længere havde betydning. Rent faktisk så fremstillede de engelske konstruktører echappementer med fjedrende spær arm kun fordi der var tradition for dette og konstruktører i Sweitz fremstillede spær arme med aksel og tapper af samme årsag. Begge spær armes konstruktioner fungerede glimrende. Fremstilling af spær arm med aksel og tapper fordrede dog en speciel konstruktion ved spær akslen med tapper og lejer for at kunne justere indgribningsdybde til spær stiften på balancen, mens spær armen med fjeder kan justeres ved at variere fjederens fæstnings punkt på værkpladen. Spær fjederens fæstningspunkt på værkpladen er det svageste sted i den engelske konstruktion, og spær armen med aksel og tapper er

64 Side 64 af 87 formegentlig mere robust med den separate fjeder der bringer spær armen retur mod ganghjulet. Dette medfører en større stabilitet i spær armen når den falder på anslagsstedet og ved udløsning. Det er et faktum, at en ikke optimalt fremstillet aksel med tapper vil fungere mere stabilt end en ikke korrekt fremstillet fjeder. En spær arm med fjeder synes at være mere krævende at fremstille end en spær arm med aksel og tapper. Spær armen som urmagere i Sweitz valgte at fremstille den, havde kontravægt formegentlig for at undgå fejl i svingninger ved bevægelser af uret; hvis der var nogen fordele ved dette, så er disse fordele umulige at opnå med spær armen som englænderne fremstillede den. Ved at sammenligne de to konstruktioner var det ikke muligt at konstatere en bedre funktion ved spær armen fra Sweitz, men den øgede inerti i kontravægten har nok ikke været nogen fordel. Fig. 75. Viggo Andersen, Her ses spærarm med 2 spærsten. Den ekstra spærsten fungerer som sikker for fjederens evt. manglende funktion... Mange konstruktioner er prøvet gennem tiderne Her er et Chronometer echappement med to spær sten. Den ene sikrer en god låsning af ganghjulet, på ganghjulets tangent, mens den anden hjælper spiralen på spær armen

65 Side 65 af 87 Impuls vinklen Hævevinklen, vist på fig. 76, er vist som den vinkel impulsstiften tilbagelægger fra a til g. Hævevinklen består af udløsevinklen, a til b, og impulsvinklen, b til g. På tegningen nedenfor er impulsstiften placeret lige dér hvor impulsstiften snart skal modtage impuls fra en ganghjulstand. Udløsestiften har løftet spær armen ganghjulet har foretaget en lille baglæns rotation og spær stiften har sluppet sit tag i en ganghjulstand Ganghjulet er næsten begyndt at falde mod impulsstiften! Fig. 76. Den samlede hævevinkel er fra "a" til "g", 52 grader... Vinklen fra a til b er 8 grader, og vinklen fra b til g er 44 grader. Dermed er den samlede hævevinkel på 52 grader. Der vil altid forekomme et fald mellem ganghjulstanden og impulsstiften, som bør holdes på et minimum Ved høj amplitude kan faldet øges på grund af inertien i ganghjulet, der kan sløve ganghjulets acceleration men ved stor kraft på løbeværket kan faldet blive mindre.

66 Side 66 af 87 kan justeres til at virke helt uden fald, altså at ganghjulstanden straks fanger impulsstenen. Dette vil fungere fint ved middelamplitude, men ved store amplituder kan det medføre at impulsstenen rammer en tandspids ved start af impuls og echappementet vil beskadiges og standse. Inertien i ganghjulet har betydelig indflydelse på en brugbar impulsvinkel. Praktiske forsøg har vist at en reduktion i ganghjulets vægt med 30 procent vil øge echappementets amplitude fra 180 til 210 hvilket svarer til en 10 procent forøgelse af styrken i drivfjederen i et lommeur. De nævnte tal er taget fra almindeligt forekommende lommeure og vil variere efter designet i echappementet. Men det er almindeligt kendt at tabet af impuls ved et stigende fald må holdes på et minimum hvis echappementet skal fungere effektivt. Det er almindeligt at reducere ganghjulets vægt ved at dreje tandkrans og schenkler tyndere, og dermed kun at efterlade tandspidserne i deres fulde bredde. Ganghjulene i chronometer echappementer er normalt fremstillet i messing, men få engelske producenter fremstillede ganghjul i hærdet stål. Visse chronometer echappementer udført af de fineste producenter i Sweitz har ganghjul fremstillet i guld, hvilket dog gør ganghjulene unødigt tunge. Som tidligere nævnt, så gives impuls udelukkende efter spiralens ineffektive punkt hvilket derfor tilfører echappementet den fejl, at et ny renoveret echappement har øget impuls som får det til at tabe. En ny renoveret (og lang) spær fjeder giver øget udløsning efter spiralens ineffektive punkt, hvilket får echappementet til at vinde Over tid vil begge forhold mindskes i værdi hvilket betyder at Chronometer echappementet i praksis har vist sig at være en overmåde præcis tidstager. I årene fra 1900 til 1950 anså de bedste urmagere chronometer- echappementet for at være mere isokront end ankerechappementet... og chronometer echappementet blev monteret i de bedste tidtagere... men dette echappement var vanskeligere at producere og dermed var anskaffelses prisen ofte for høj de fleste brugere af bærbare ure.

67 Side 67 af 87 "Le Force Constance" Mange urmagere bevarede tanken om at det mest isokrone echappement kun kunne opnås med en konstant krafttilførsel til en isokron balanse... Udviklingen af echappementet "Le Force Constance" er et interessant eksempel på denne tankegang: Fig. 77. Ganghjulet tilfører kraft til et anker med sin egen drivfjeder... Når balancen er klar, så afleverer ankeret sin kraft til balancen - dermen får balancen altid samme kraft. Tanken i dette echappement var, at der mellem ganghjul og balance kunne placeres et anker. Ankeret fik monteret sin egen drivfjeder (spiral), som - når ankeret blev udløst - ville være giver af den konstante impuls til balancen. fungerede godt i større lommeure, men er kun produceret i få antal... for echappementet har den ulempe at en kraftig drivfjeder skal forsyne ganghjulet med energi nok til at spiralen på ankeret kan "trækkes op"... Den kraftige drivfjeder på løbeværket medfører uforholdsmæssig meget slidtage på løbeværkets tænder og lejer, og, som igen medfører, at echappementet hurtigt bliver ustabilt. Men dette echappement var en spændende videreudvikling af det velkendte chronometer echappement!

68 Side 68 af 87

69 Side 69 af 87 Bréguets "Dual Ulysse "- Det Naturlige Echappement Man gav echappementet dette navn fordi ganghjulets tænder overførte impuls direkte til balanceakslen og dermed behøvede ganghjulstænderne ingen smøring. Her ses dette echappement konstrueret med ganghjulstænder på to ganghjul. Fig. 78 Billede af Abraham-Louis Bréguet s første Naturlige Echappement fra ca Det ene ganghjul drives af løbeværket og når det drejer, roterer det andet ganghjul. Begge ganghjul drejer en halv tanddeling for hver halve svingning som balancen udfører. Ganghjulene udløses af en enkelt plateaustift der i samarbejde med en gaffel og spydfunktion, som det kendes i anker echappementet. Det "Naturlige Echappement" havde daglige gangvariationer på op til 4 sekunder hvilket ikke var bedre end Bréguets bedste anker echappementer. Ideen med at overføre impuls til balanceakslen gennem et modsat roterende ganghjul er besnærende men i Bréguets echappement opstår der utilsigtet, men naturlig, slør i lejer på de to ganghjul, og der opstår tandslør i indgribningen mellem ganghjulene. Tandslør medfører uens og upræcis impuls til balancens impulsstift. Fig. 79. En nyere udgave af Det Naturlige Echappement. Bréguet standsede udviklingen af dette echappement i 1810 og fortsatte med udviklingen af den velfungerende anker echappement.

70 Side 70 af 87

71 Side 71 af 87 Daniels Uafhængige Dobbelt- Hjuls echappement Fig. 80 Daniels dobbelthjuls echappement I 1969 forbedrede den engelske urmager George Daniel det echappement som Bréguet måtte opgive. Forbedringen bestod i at Daniels lod 2 helt separate løbeværk med hver deres drivfjeder tilføre energi til hver deres ganghjul. Detaljer af echappementet kan ses i tegningen fig Tilførslen af impuls sker straks efter centerlinjen hvilket giver en minusgang og ganghjulstænderne har ikke behov for smøring. Balancens hævevinkel, eller impulsvinkel, er meget lille - 32 grader og dette er specielt valgt til at passe til en Elinvar Ni- Span-C spiral, der ophæver den nævnte minusgang og de følgende variationer ved varierende amplituder. Udløsevinklen er 3 grader og udløsning af impulsen sker lige før centerlinjen.

72 Side 72 af 87 Målet med dette echappement var at kombinere stabiliteten i gangnøjagtighed, som det ses i vel producerede chronometre, med robusthed i daglig brug. Daniel fortæller i bogen Watchmaking at han fremstillede en serie af ure der alle viste at dette echappement er en pålidelig tidsmåler. Det er desværre et vanskeligt echappement at producere og aksellejer, låsesten og impulsstift på plateau må placeres med den højeste præcision for at undgå tab af effektivitet i den daglige drift. Der er 3 låsesten der låser ganghjulet. Låsningsdybden på de 2 sekundære sten er dobbelt så stor som låsedybden på den primære låsesten.. Dette er designet sådan for at sikre at begge hjul er forsvarligt låst når balancen tages ud af echappementet. Dette echappement har samme funktion som Bréguets Naturlige Echappement.

73 Side 73 af 87 Daniels Coaxiale dobbelt- hjuls echappement. George Daniels udviklede i perioden fra 1960 til 1980 flere echappementer med et enkelt ganghjul og et enkelt løbeværk (se fig. 81.) men mest kendt er Daniels Coaxiale dobbelthjuls echappement. Daniels dobbelthjuls- echappementet som er illustreret i fig. 82 er meget interessant, idet det har en lang række af de gode egenskaber som har været omtalt ved de tidligere echappementer i denne bog. Fig. 81. Daniels Coaxiale echappement med et enkelt ganghjul. Den første umiddelbare fordel er, at det giver impuls til hvert halve sving som balancen foretager og dermed er muligheden for at opnå et isokront echappement tilstede. fungerer ved at impulsen på balancens ene 1/2 svingning gives direkte af en ganghjulstand og balancens anden 1/2 svingning får sin impuls gennem ankergaflen via en ankerimpulsflade (se impulstanden C ) og et mindre ganghjul. De 2 spærsten ( A og B ) der er monteret på ankeret er placeret sådan at de sidder på ganghjulets tangens... dette bevirker at udløsningen af ganghjulet sker med de kendte erfaringer fra ankerechappementet... i balancens hævevinkel er låsningen lille - kun 1 grad. Fig. 82. Daniels Coaxiale echappement med dobbelt ganghjul. Bemærk at balancens hævevinkel kun er 30 grader, og at udløsevinklen kun er én grad. Impulsen afleveres med lige fordeling på begge sider at spiralens nulpunkt. Når ganghjulstanden afleverer impuls til impulsstiften ( D) er balancens hævevinkel kun 30 grader... og når impulsen gives gennem ankeret så giver den meget korte gaffel ligeledes en hævevinkel på 30 grader. Dermed opbygges krafttab i balancen næsten uden modstand fra spiralen. Fordi echappementet anvender centerimpuls, ligesom chronometer-echappementet, så har dette dobbelthjulsechappement ikke umiddelbart behov for olie på ganghjulstandspidser og impulsflader.

74 Side 74 af 87 Efter impuls låser ankeret en tand på det store (og øverste) ganghjul. Det mindre nederste ganghjul anvendes udelukkende til at overføre impuls til ankeret. Ankerets 2 låsesten har begge en underskæring på 12 grader... denne ens underskæring giver samme energitab for balancen, på udgangslåsesten såvel som på udgangslåsesten. og dermed er den energi der skal genopbygges i balancens halve sving det samme. Ankerets tryk mod anslagsstedet et i dette echappement ens på begge anslagssteder. Fig. 83. Ankeret overfører samme moment til balancen... En interessant detalje er beregningen af diameteren på de to ganghjul. Ganghjulet har som nævnt 2 tandkranse med forskellig diameter. Deres diameter er beregnet ud fra det moment som ganghjulets tand trykker med. Da ankeret har en impulsstift med en kort afstand til ankerets centrum, og en ankergaffel med en større afstand til ankerets centrum... så medfører dette at ganghjultanden må trykke med et større moment på impulsstiften for at bevare et ens tryk i ankergaflen... Ganghjulets ene tandkrans må altså være mindre for at overføre samme impuls som når impulsen overføres direkte fra tandspids til plateau. På fig. 83 er vist, at den store tandkrans på ganghjulet leverer et moment til impulsstiften på Platou ét - svarende til et tryk på 1 / 0,33. Hvis ankeret skal overføre samme moment, så skal den mindre ganghjulstandkrans først levere et moment til ankeret - svarende til 1 / 0,58, efterfulgt af et moment fra ankergaffel til impulsstift på plateau også 1 / 0,58. Hvis moment udvekslingen gennem ankeret beregnes som 0,58 * 0,58 så beregnes momentet overført via ankeret til 0,34... Hvert 1/2 sving på balancen tilføres dermed samme moment fra ganghjulet.

75 Side 75 af 87 George Daniels fortæller i bogen Watchmaking at dette echappement fungerede i to år uden at vise tegn på variation i gang nøjagtigheden. Efter prøveperioden på to år blev uret testet på "Chronometer Rating Department of the Royal Greenwich Observatory" beliggende i Herstmonceux (grundlagt 1675, ophørt oktober 1998), hvor uret gennemgik test i fladstilling og ikke viste tegn på variationer. Det, at der ikke kræves olie på ganghjulstænderne kombineret men en meget effektiv låsnings og impulsfunktion har resulteret i forbedret stabilitet i gangnøjagtigheden på kort så vel som på lang sigt. Dette echappement er tæt på det optimale og tæt på et helt isokront echappement!

76 Side 76 af 87

77 Side 77 af 87 Daniels Coaxiale Echappement i samarbejde med Omega. I 1999 blev dette Coaxiale echappement lanceret af Omega i en kaliber 2500, der var baseret på grundkonstruktionen i den kendte kaliber. ETA 2892 ( se Fig. 84). Det var det første masseproducerede ur der anvendte George Daniels echappement og uret blev i starten produceret i et begrænset oplag. Ganghjulet i kaliber 2500 er, efter Daniels anvisninger, ret specielt da det på ganghjulet har et driv med 2 funktioner. Drivet modtager bevægelsesenergi fra mellemhjulet og virker samtidig som impulsgiver til ankeret Denne dobbelte funktion viste sig senere at give problemer, da drivet med sine kun 8 tænder havde vanskeligt ved at modtage energi fra mellemhjulet i en glidende indgribning! Ganghjulet havde dermed vanskeligt ved at accelerere op i fart og berøre impulsstiften på plateauet... dermed blev impulsen til balancen ustabil, og echappementet fik funktionsfejl... På trods af dette valgte producenten ikke at smøre ganghjulets tænder på den flade der rører mellemhjulet, og dermed også ganghjulets drivtænder, med en tyk olie. Fig. 84. Omega s Cal 2500 Dilemaet i en sådan tyk olie kunne måske være at olien på ganghjulets driv kom let til at genere drivets anden funktion, at overføre impuls til ankerstenen men dermed var dette echappement ikke stabilt. I den efterfølgende Omega kaliber (fig. 85) var fejlen rettet ved at ganghjulet havde et selvstændigt driv til at modtage impuls (fra mellemhjulet) og dermed 2 selvstændige tandkranse til at videregive impuls til anker / plateau. Fig. 85. Omega s Cal 8500

78 Side 78 af 87 Her illustreres funktionen i et Omega kaliber 2500: Fig. 86 Plateauet svinger i fig. 86 mod uret, og sikkerhedsrullen styrer spyddet, så gaflen er klar til at modtage impulsstiften. Spær stenen (A) låser ganghjulet. Ankeret holdes fast på nederste anslagssted af trækvinklen på spær stenen (A)... I fig. 87 er impulsstiften drejet ind i gaflen. Impulsstiften vil dreje ankeret sådan at spær stenen (A) ikke længere låser ganghjulet låst. Fig. 87 I fig. 88 har spær stenen (A) ikke længere kontakt med ganghjulstanden og ganghjulet roterer. Ganghjulets driv overfører energi til impulsstenen (C) og ankergaflen overfører energi til impulsstiften på plateauet. Fig. 88 Fig. 89. Når drivet på ganghjulet har overført energi til impulsstenen (C) falder drivet væk fra stenen og spær stenen (B) rammer en ganghjulstand. Ankeret trækkes nu mod øverste anslagssted af trækvinklen på spær stenen (B) og balancen kan foretage sit frie sving. Fig. 89

79 Side 79 af 87 Når balancen har fuldført sit frie sving og nu drejer med uret (se fig. 90), så vil impulsstiften atter dreje ind i gaflen. Dermed vil impulsstenen (D) nærme sig (og passere) en ganghjulstand. Fig. 90 På fig. 91 passerer impulsstenen (D) lige en ganghjulstand Når impulsstiften på plateauet drejer ankeret vil spær stenen (B) ikke længere låse ganghjulet, og ganghjulet roterer. Fig. 91 Fig. 92. Under ganghjulets drej vil en ganghjulstand ramme impulsstenen (D) på balancen og ganghjulstanden vil overføre energi til balancen. Fig. 92 I fig. 93 er ganghjulstanden færtig med at overføre energi til impulsstenen (D) på plateauet og en ganghjulstand falder igen til hvile på spærstenen (A). Trækvinklen på spærstenen (A) holder igen ankeret mod nederste anslagssted og balancen kan foretage sit frie sving. Fig. 93 har impuls på begge sider af spiralens ineffektive punkt, ligesom det har en meget effektiv låsnings og impulsfunktion. Det er faktorer der gør dette echappement spændende at følge i fremtiden. Dette echappement har de egenskaber der kræves for at fungere optimalt og isokront.

80 Side 80 af 87 Som tidligere nævnt så har ganghjulet, der også har indgribning til mellemhjulet og derfor fungerer som driv, kun 8 tænder. Dette lille antal tænder vil i indgribning med mellemhjulet give en dårlig overførelse af kraften. Flere tænder kan anvendes, men indgribningen mellem impulssten og ganghjulstand bliver fladere når antallet af tænder øges. En fladere indgribning kan resultere i at ganghjulstanden ikke rammer impulsstiften på balancen. Bemærk også, at ganghjulet ikke har kolbetænder, men det har form som det engelske Duplex hjul, for at reducere vægten Fig. 94. Producenten anbefaler at ganghjulstænderne smøres med D5 I de første år efter at Omega lancerede dette echappement var der problemer med at få det til at fungere som en stabil tidstager Derfor anbefaler producenten at ganghjulets impulsflader smørres med D5 (se fig. 94). Mængden af olie er illustreret på fig. 95. Fig. 95. Mængden af D5 ses her...

81 Side 81 af 87 Som nævnt så anbefaler producenten ikke at det lille ganghjul (ganghjulsdrivet se fig. 96) smøres på den flade der vender mod mellemhjulet men producenten anbefaler at impulsfladen mod impulsstenen smøres (se fig. 97) Mængden af olie er illustreret på fig. 98 Fig. 96. producenten anbeafler ikke at indgribningen til mellemhjul smøres... Fig.97. Impulsfladen skal smørres med D5 Fig. 98. Her ses mængden af D5 At styre olie på disse flader kan være ganske vanskeligt, lige som styring af olie på det traditionelle ankerechappements ganghjulstænder.. Det er ikke muligt at tilføre drivfladen og impulsfladen specialslebne kanter, som det gøres på ganghjul i ankerechappementet, men producenten anvender epilamicering af ganghjulets overflader. Epilamicering af urdele er en kemisk behandling af overfladen som bygger på viden om polære og ikke polære olier. Epilamicerings produkter kan købes hos leverandører under navnet LUBRIFAR og Antispread E2. Disse produkter har vist sig at være ganske effektive til at forhindre urolier i at sprede sig, og dermed at bevare olien på den tiltænkte overflade.

82 Side 82 af 87 I 2007, introducerede OMEGA et nyt værk med coaxialt echappement, kaliber og 8501 Her har Omega forbedret indgribningen mellem mellemhjul og ganghjul, ved at tilføje et driv på ganghjulet. Drivet har 14 tænder hvilket sikrer en optimal glidende indgribning. Ganghjulet har dermed 2 ganghjulstandkranse som overfører impuls, og det bliver spændende i fremtiden at følge dette interessante echappement. Fig. 99. Det Coaxiale echappement med 14 tænder på et seperat drig og 2 sæt ganghjulstænder.