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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein wasserdichtes elektronisches Unterwassergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Gerät ist aus der
US 2010/0265655 A1 bekannt. Ein Beispiel für ein derartiges Gerät ist ein Tauchcomputer.
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Hintergrund der Erfindung
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Tauchuhren, Tauchcomputer und andere Unterwasser-Elektronikgeräte sind hohen Drücken und Druckänderungen ausgesetzt, während sie sich unter Wasser befinden. Da verschiedene Materialien bei gleichem Druck unterschiedlich reagieren und sich unterschiedlich verformen, ist es erforderlich, Materialien in derartigen Geräten zu vermischen. Bei typischen Fertigungsverfahren kann es notwendig sein, ein erwünschtes Material für ein anderes zu opfern, so dass sämtliche Materialien des Geräts gemeinsam gut funktionieren, wenn sie großen Drücken ausgesetzt sind.
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Die
US 2010/0265655 A1 offenbart einen wasserdichten Behälter der eingangs genannten Art für einen Tauchkomputer, umfassend ein Gehäuse, eine an dem Gehäuse befestigte Fassung mit einer Öffnung, ein elektronisches Display, und ein elektronisches Bauteil, wobei das Display unter einem Glas zumindest teilweise innerhalb der Öffnung der Fassung angeordnet ist.
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Die
WO 2012/035021 A1 offenbart eine berührungsempfindliche Anzeigevorrichtung für einen Tauchcomputer. Die Anzeigevorrichtung umfasst ein Gehäuse, ein elektronisches Display, eine Öffnung für das Display, ein Glas, welches Bestandteil einer berührungsempfindlichen Einheit ist, und eine elektronische Leiterplatte. Die berührungsempfindliche Einheit ist an dem Gehäuse angeklebt und das Display ist in einem Abstand unterhalb des Glases angeordnet.
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Mit dem Aufkommen gewisser Werkstoffe, beispielsweise hochentwickelten Gläsern, die für ein verbessertes Display eingesetzt werden können, und mit dem Aufkommen berührungsempfindlicher Geräte, besteht der Wunsch, diese Dinge bei möglichen Entwicklungen für entsprechende Anwendungen einzubauen. Daher besteht ein Bedarf, unterschiedliche Werkstoffe mit nicht kompatiblen Reaktionen und Verformungen in einer Umgebung mit hohem Druck voneinander trennen zu können. Darüber hinaus existiert Bedarf an der Möglichkeit, ein derartiges Gerät auf einfache und wirksame Weise zusammenbauen zu können, ohne die Brauchbarkeit des Geräts zu beeinträchtigen.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der Erfindung, ein unterwassertaugliches elektronisches Gerät zu schaffen.
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Es ist ein Aspekt gewisser Ausführungsformen der Erfindung, ein derartiges Gerät zu schaffen, welches ein Gehäuse, eine Fassung, einen transparenten Werkstoff wie zum Beispiel Glas, der in der Fassung aufgenommen ist, und ein elektronisches Display aufweist, welches durch den transparenten Werkstoff hindurch sichtbar ist.
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Bei gewissen Ausführungsformen ist das transparente Material von der Fassung getrennt und mit dieser verriegelt durch mindestens einen den Umfang des Glases umgebenden Sperrring. Der Sperrring kann in der Lage sein, unterschiedliche Verformungen des transparenten Materials und des Materials der Fassung unter Druck zu absorbieren, während gleichzeitig eine wasserdichte Verbindung zwischen den beiden Teilen aufrecht erhalten wird. Zusätzliche Komponenten, beispielsweise eine Dichtung und/oder ein stoßdämpfendes Material, können dazu benutzt werden, das transparente Material vollständig von der Fassung zu trennen. Insofern kann das transparente Material wasserdicht von der Fassung an Ort und Stelle gehalten werden, wobei es dennoch frei schwimmt. Der Sperrring kann auch als nicht-dichtendes Element ausgebildet sein und kann insofern hauptsächlich dazu dienen, das transparente Material in einer gewünschten Lage zu halten. Außerdem kann der Sperrring in erster Linie so ausgebildet sein, dass er die Bewegung des transparenten Materials ermöglicht und/oder steuert, wenn dieses transparente Material und das Gerät unter Druck stehen.
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Bei gewissen Ausführungsformen kann, um das transparente Material von anderen Teilen des Geräts zusätzlich zu trennen und außerdem optimale Sichtverhältnisse zu schaffen, ein elektronisches Display an dem transparenten Material mit Hilfe eines optisch klaren Klebstoffs angebracht sein. Weiterhin kann das montierte elektronische Display flexibel und elektronisch mit anderen Komponenten innerhalb des Geräts gekoppelt sein, so dass Verformungen des transparenten Materials und/oder des elektronischen Displays keinen unerwünschten Einfluss auf andere Komponenten innerhalb des Geräts haben, und umgekehrt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Beispiel eines Tauchcomputers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt einen Schnitt durch das Gerät nach 1.
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3 zeigt beispielhaft eine Schnitt-Geometrie eines Sperrrings.
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4 zeigt ein Beispiel eines Sperrrings.
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Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf wasserdichte, unterwassertaugliche elektronische Geräte. Ein Beispiel dafür ist in 1 dargestellt. 1 zeigt ein Beispiel eines Tauchcomputers, der in Meerwasser untergetaucht betreibbar ist.
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Beim Entwurf der Produkte muss berücksichtigt werden, dass im Unterwasserbetrieb der durch Wasser verursachte Druck mit zunehmender Tiefe größer wird und berücksichtigt werden muss. Ein damit verbundenes Problem besteht darin, dass unterschiedliche Werkstoffe bei gleichem Druck in unterschiedlicher Art und Weise reagieren. Dies ist besonders dann der Fall, wenn Glas und transparente Medien vorhanden sind, die im Bereich von Metall- und Kunststoffkomponenten angeordnet oder mit diesen in Berührung sind. Deshalb besteht ein Erfordernis darin, Komponenten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften voneinander zu trennen und gleichzeitig die Wasserdichtigkeit des Geräts unter variierenden Druckverhältnissen aufrecht zu erhalten.
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Aus diesem Grund wird hier ein wasserdichtes Unterwasser-Elektronikgerät 10 vorgestellt, welches ein Gehäuse 18, eine Fassung 12 und ein Glas 14 enthält, durch welches hindurch ein Display 20 betrachtet werden kann. Das Glas 14 kann beispielsweise ein Lithium-Aluminosilicatglas sein. Während der Begriff Glas hier verwendet wird, kann dieses „Glas” 14 auch jedes andere geeignete transparente Medium sein. Die Fassung 12 kann metallisch sein, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen. Das Gehäuse 18 kann zum Beispiel Kunststoff und/oder ein Metall sein.
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Die Fassung 12 ist an dem Gehäuse 18 in permanenter oder abnehmbarer Weise befestigt und besitzt eine Öffnung für das Glas 14 und eine elektronische Anzeige 20. Die elektronische Anzeige 20 befindet sich unterhalb des Glases 14 und innerhalb des elektronischen Geräts 10.
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2 zeigt einen Schnitt durch das elektronische Gerät 10. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist das elektronische Display 20 an der Unterseite des Glases 14 innerhalb des Geräts angebracht. Das Display ist mit einem optisch klaren Klebstoff (OCA = optically clear adhesive) 22 befestigt. Ein Beispiel für einen solchen optisch klaren Klebstoff ist 3MTM Contrast Enhancement Film. Darüber hinaus ist in der aus 2 erkennbaren Weise das Glas 14 von der Fassung 12 abgesetzt und mit der Fassung 12 verriegelt. Dies wird zumindest teilweise durch den Sperrring 16 erreicht. Der Sperrring 16 umgibt den Umfang des Glases 14.
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Bei gewissen Beispielen enthält die Fassung 12 eine erste Öffnung, die man aus einer Ansicht von oben oder außerhalb des Geräts beim Hineinschauen erkennt, wobei die Öffnung Abmessungen aufweist, die größer sind als jene des Glases 14. Darüber hinaus besitzen die Innenwände innerhalb der ersten Öffnung in der in 2 erkennbaren Weise eine Höhe, die gleich oder größer ist als die Dicke des Glases 14. Aus diesem Grund kann das Glas vollständig innerhalb der ersten Öffnung der Fassung 12 aufgenommen werden, ohne notwendiger Weise in Berührung mit irgendeinem Teil der Fassung 12 selbst zu gelangen.
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Ferner enthält bei gewissen derartigen Beispielen die Öffnung innerhalb der Fassung 12 außerdem eine zweite Öffnung, die bei Betrachtung durch die erste Öffnung von oben her oder von außerhalb des Geräts beim Hineinschauen erkennbar ist, wobei deren Abmessungen kleiner sind als jene des Glases 14. Die Kombination der ersten und der zweiten Öffnung bildet eine Lippe 13 der Fassung 12. Diese Lippe 13 kann direkt, vorzugsweise aber indirekt, das Glas 14 innerhalb der ersten Öffnung zumindest teilweise abstützen.
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Wie in 2 zu sehen ist, kann das Glas 14 vollständig von der Fassung 12 abgesetzt sein. Das Glas 14 wird, während es zumindest teilweise von der Lippe 13 der Fassung 12 gehalten wird, gegenüber der Lippe 13 durch einen Stoßdämpfer 24 getrennt. Der Stoßdämpfer 24 kann aus einem Werkstoff mit stoßabsorbierenden Eigenschaften, beispielsweise Silikon, bestehen. Bei gewissen Beispielen besteht eine Forderung an den Stoßdämpfer 24 darin, dass er möglichst hart wie ein Silikon sein muss, um eine übermäßige Bewegung des Glases zu beschränken, das Material aber dennoch Verformungen aufgrund von Druckänderungen innerhalb des Wassers zulässt. Zusätzlich zu dem Stoßdämpfer 24 und dem Sperrring 16 kann es auch eine Dichtung 26 zwischen dem Glas 14 und der Fassung 12 geben. Ein Beispiel für ein geeignetes Dichtungsmaterial ist Nitrilgummi. Die Dichtung 26 kann als Dichtungselement zwischen der Fassung 12 und dem Glas 14 fungieren. Die Dichtung 26 ist unterhalb des Sperrrings 16 platziert, der die Dichtung 26 vor einer Beschädigung von außerhalb des Geräts schützt.
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Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Vorrichtung besteht in der verbesserten Stoßfestigkeit, beispielsweise gegenüber einem dynamischen mechanischen Stoß gegen das Glas 14, außerdem in einem verbesserten hydrostatischen Druckwiderstand. Der Stoßdämpfer 16 verbessert sowohl den hydrostatischen Druckwiderstand als auch die Stoßfestigkeit des Glases 14, insbesondere beispielsweise dann, wenn die Fassung 12 aus einem harten Werkstoff besteht. Die Stoßfestigkeit ist eine wichtige Eigenschaft insbesondere für Tauchgeräte, aber auch für eine Reihe weiterer Gebrauchsgegenstände, was durch die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterstützt wird.
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Der Sperrring 16 umgibt den Umfang des Glases 14 und gleichzeitig den Umfang der Öffnung der Fassung 12. Der Sperrring 16 fixiert sowohl das Glas an Ort und Stelle an der Fassung 12 und trennt außerdem das Glas 14 von der Fassung 12. Der Sperrring 16 kann aus Kunststoff bestehen, beispielsweise aus Polyester, ohne darauf beschränkt zu sein. Der Young-Modul des Werkstoffs des Sperrrings 16 kann zwischen 1 GPa und 4 GPa liegen, vorzugsweise zwischen 2 GPa und 3 GPa und noch mehr bevorzugt bei etwa 3 GPa liegen. Ist der Young-Modul zu groß, liegt er deutlich oberhalb von beispielsweise 4 GPa, so erfordert der Einbau des Sperrrings 16 einen beträchtlichen Kraftaufwand, so dass der Einbau schwierig wenn nicht unmöglich wird. Ist der Young-Modul zu klein, liegt er deutlich unterhalb von 1 GPa, so ist die Zuverlässigkeit der Befestigung an dem Glas möglicherweise nicht ideal.
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Bei gewissen Beispielen können, wie in den 2 und 3 zu sehen ist, die Innenwände der ersten Öffnung der Fassung 12 eine Kerbe 34 aufweisen. Die Kerbe 34 kann sich teilweise oder vollständig um den Innenumfang der ersten Öffnung der Fassung 12 erstrecken. Der obere Bereich der Kerbe kann horizontal verlaufen oder kann nach oben in Richtung der Oberseite der Fassung 12 geneigt sein. Der Boden der Kerbe kann in ähnlicher Weise geneigt sein, er kann aber auch flach sein. Der Zweck der Kerbe 34 besteht darin, einen Vorsprung 42 des Sperrrings 16 aufzunehmen. Die Kerbe 34 und der Vorsprung 42 erleichtern das Verriegeln des Glases 14 an der Fassung 12 zumindest teilweise. Wie in 2 zu sehen ist, kann die Oberseite des Glases 14 eine Abfasung 36 aufweisen. Entsprechend kann der Bereich 40 des Sperrrings 16, der sich in Berührung mit der Abfasung 36 des Glases befindet, eine ähnliche Abschrägung besitzen.
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Bei dem Zusammenbau kann das Glas 14 innerhalb der Öffnung der Fassung 12 platziert werden, woraufhin der Sperrring 16 zwischen dem Glas 14 und der Fassung 12 eingesetzt wird, bis der Vorsprung 42 des Sperrrings 16 sich innerhalb der Kerbe 34 der Fassung 12 befindet. Dieser Zusammenbau lässt sich unterstützen durch eine optionale Lücke 44 in einem Bodenbereich des Sperrrings 16, welche zwei Wandabschnitte 43a und 43b bildet, die zusammengequetscht werden können, wenn der Sperrring 16 eingesetzt wird. Darüber hinaus kann der Sperrring im wesentlichen auch umgekehrt werden, derart, dass die Lücke 44 beim Zusammenbau nach außen weist. Eine derartige Ausgestaltung kann zu einem sichereren Halt des Glases 14 führen, kann aber auch das visuelle Erscheinungsbild ebenso beeinträchtigen, wie Wartungsarbeiten und ein Auseinandernehmen. Die Abmessungen der Wandabschnitte 43a und 43b, zum Beispiel ihre Länge oder entsprechend die Tiefe der Lücke 44, lassen sich so wählen, dass die Wände Biegeeigenschaften aufweisen. Darüber hinaus lassen sich die Wände 43a und 43b entweder teilweise oder vollständig in zwei Abschnitte aufteilen, um zusätzlich die Biegeeigenschaften der Wände zu definieren. Die Biegeeigenschaften der Wände können beispielsweise so eingestellt werden, dass die gewünschte einfache Montage möglich ist. Wie oben beschrieben und wie es hier durch „freies Schwimmen” bezeichnet ist, kann das Glas 14 also flexibel an sämtlichen Punkten von der Fassung 12 abgesetzt sein und mit dieser wasserdicht verriegelt sein. Diese flexible und dennoch wasserdichte Trennung ermöglicht, dass unterschiedliche Werkstoffe von Glas 14 und Einfassung 12 gemeinsam eine Einheit bei Tiefen bilden, die einen großen Druck auf das Gerät 10 ausüben. Darüber hinaus kann zum Erleichtern der Trennung der Werkstoffe das Glas 14 frei innerhalb der Öffnung der Fassung 12 schwimmen. Insoweit ist es möglich, dass kein Klebstoff oder Dichtungsmittel vorhanden ist, welches das Glas 14 mit dem Sperrring 16, der Dichtung 26, dem Stoßdämpfer 24 oder eine Kombination aus diesen Teilen verbindet.
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Wie in 2 zu sehen ist, ermöglicht die Ausgestaltung der Fassung 12, des Sperrrings 16 und des Glases 14 zusammen mit deren abgefasten Kanten ein hohes Maß an Sichtbarkeit des Displays 20 aus einem Außenbereich von Betrachtungswinkeln. Die in 2 dargestellten Höhenunterschiede sind möglich, möglich ist aber auch, dass die Fassung 12, der Sperrring 16 und das Glas 14 im wesentlichen koplanar angeordnet sind. Um außerdem die bestmögliche Betrachtung des elektronischen Displays 20 durch das Glas 14 zu ermöglichen, sollte das elektronische Display direkt in der oben beschriebenen Weise mit dem Glas 14 verbunden sein. Wenn allerdings das elektronische Display 20 direkt mit dem Glas 14 verbunden ist und direkt mit einem weiteren äußeren Bereich des Geräts verbunden ist, so könnten ähnliche Druckverformungsprobleme entstehen. Daher kann das elektronische Display 20 flexibel mit einem oder mehreren elektronischen Bauteilen 30 des elektronischen Geräts verbunden sein. Während das elektronische Display 20 direkt an dem Glas 14 fixiert ist, ist es dann nicht direkt an einem anderen Bauteil des Geräts 10 fixiert, was es dem Glas 14 ermöglicht, losgelöst von der Fassung 12 und dem Gehäuse 18 freizuschwimmen, während gleichzeitig eine optimale Betrachtung des Displays gewährleistet ist. Darüber hinaus kann sich zwischen dem optisch klaren Klebstoff 22 und dem Stoßdämpfer 24 und der Lippe 13 der Fassung 12 eine Lücke befinden, wie in 2 ersichtlich ist, um sicherzustellen, dass das Glas 14 weiterhin frei schwimmt.
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Wie bei dem Beispiel nach 2 zu sehen ist, kann das elektronische Display 20 direkt mit einer oder mehreren elektronischen Komponente oder Komponenten 30 über flexible elektrische Verbinder 38 verbunden sein. Die elektronische Komponente oder die Komponenten 30 können dann auf einer Schaltungsplatine 38 angeordnet werden, die innerhalb des Gehäuses des elektronischen Geräts 10 aufgenommen wird. Das Gehäuse kann außerdem zusätzliche Komponenten, beispielsweise eine Batterie 32, enthalten.
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4 zeigt ein Beispiel für den Sperrring 16. Der Sperrring 16 kann eine Abfasung 46 auf der Oberseite aufweisen, wie aus 4 hervorgeht. Wie in 2 zu sehen ist, kann das Glas 14 in der Öffnung der Fassung 12 leicht abgesenkt sein. Der Sperrring 16 kann auf, oberhalb oder unterhalb der Höhe des Glases 14 oder der Fassung 12 gelegen sein.
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Während gewisse Ausführungsformen und Beispiele des Sperrrings 16 hier diskutiert sind, erkennt der Fachmann basierend auf der vorliegenden Offenbarung alternative, kompatible Geometrien des Sperrrings 16, welche nicht von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen. Darüber hinaus kann der Sperrring 16 außerdem ein oder mehrere Federmittel aufweisen, die die Wände 43a und 43b im zusammengebauten Zustand des Geräts aktiv auseinanderdrängen.
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Das elektronische Display 20 kann beispielsweise ein typisches LED- oder LCD-Display sein. Das Glas 14 und das elektronische Display 20 können außerdem ein berührungsempfindliches Display bilden. Während die vorliegenden Beispiele sich vornehmlich auf eine Ausführungsform in Form eines Tauchcomputers beziehen, kann darüber hinaus der offenbarte Aufbau auch bei jedem Gerätetyp Anwendung finden, insbesondere solchen Gerätetypen, die für einen Unterwassereinsatz vorgesehen sind.
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Die hier beschriebenen Ausgestaltungen und Vorrichtungsbeispiele ermöglichen einen zusätzlichen Vorteil in Form einer verringerten Dicke von Displaygeräten. Beispielsweise kann ein Sperrring wie der oben beschriebene Sperrring 16 aus einem vergleichsweise harten Kunststoff bestehen, was die Platzierung einer Vorderfläche des Glasstücks koplanar mit der Vorderseite einer Fassung auch dann ermöglicht, wenn das Glasstück vergleichsweise dünn ist. Weiterhin kann ein Sperrring der hier beschriebenen Art in Verbindung mit relativ dünnem Glas mit geringer Abfasung eingesetzt werden, welches Teil sich kosteneffektiver fertigen lässt. Weitere Ausführungsformen beinhalten den Einsatz eines ähnlichen Sperrrings und eines transparenten Werkstoffs, beispielsweise Polycarbonat oder einen ähnlichen Kunststoff, der anstelle einer Abfasung eine Stufe aufweist. Darüber hinaus unterstützt der Einsatz eines OCA (eines optisch klaren Wirkstoffs) zum Anbringen einer Anzeige an einem Glasstück eine Dickenverringerung des Geräts.
