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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Uhren, insbesondere mechanische Uhren, die nicht auf einen Elektromotor zum Antreiben des Uhrwerks angewiesen sind. Insbesondere betrifft die Erfindung mechanische Armbanduhren und Taschenuhren.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Armbanduhr oder Taschenuhr ist eine Uhr, die von einer Person getragen werden soll. Sie ist so konzipiert, dass sie trotz der Bewegungen, die durch die Aktivitäten der Person verursacht werden, weiterarbeitet. Eine Armbanduhr ist so konzipiert, dass sie um das Handgelenk getragen werden kann und mit einer Art Armband befestigt wird.
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Während des größten Teils ihrer Geschichte war die Armbanduhr eine mechanische Vorrichtung, angetrieben durch ein Uhrwerk, dieses angetrieben durch das Aufziehen einer Zugfeder, die die Zeit mittels einer oszillierenden Unruh maß. Während heute die meisten Uhren, die hauptsächlich für die Zeitmessung verwendet werden billig bzw. preiswert sind und Quarzwerke haben, haben teurere Sammleruhren oft traditionelle mechanische Uhrwerke. Im Vergleich zu elektronischen Uhrwerken sind mechanische Uhren oft weniger genau und sie sind empfindlich gegenüber Position, Temperatur und Magnetismus. Sie sind auch teuer herzustellen, erfordern regelmäßige Wartung und Anpassungen und sind anfälliger für Störungen. Dennoch erregt die Handwerkskunst mechanischer Uhren immer noch Interesse bei einem Teil des Uhren-Publikums, besonders bei den Uhrensammlern.
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Traditionelle mechanische Uhrwerke verwenden eine Spiralfeder, die oft als Zugfeder bezeichnet wird, als Energiequelle. Bei manuellen Uhren muss die Feder vom Benutzer regelmäßig durch Drehen der Uhrkrone aufgezogen werden. Alternativ kann die Feder automatisch unter Verwendung der natürlichen Bewegung des Trägers (selbstaufziehende Uhr) aufgezogen werden. Die Erfindung betrifft beide diese Arten von mechanischen Uhren.
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Ein konventionelles mechanisches Uhrwerk verwendet einen Hemmungsmechanismus, um das Abwickeln der Zugfeder zu steuern und zu begrenzen, was ein andernfalls einfaches Abwickeln in eine kontrollierte und periodische Energiefreisetzung umwandelt. Ein herkömmliches mechanisches Uhrwerk verwendet eine Hemmung, die eine Unruh mit einer Ausgleichsfeder (auch als Spirale bekannt) umfasst, um die Bewegung des Getriebesystems der Uhr zu steuern. Eine solche herkömmliche Hemmung überträgt Energie an das Zeitmesselement (die „Impulswirkung“) und ermöglicht es, die Anzahl seiner Schwingungen zu zählen (die „Sperrwirkung“). Die Impulswirkung überträgt Energie auf das Unruhrad, um die durch Reibung und andere ähnliche Faktoren während seines Zyklus verlorene Energie zu ersetzen und den Zeitnehmer oszillierend zu halten. Die Hemmung wird von der Zugfeder über den Getriebezug der Uhr angetrieben. Jedes Ausschwenken der Unruh löst einen Zahn des Gangzahnrads der Hemmung aus, wodurch der Zahnradzug der Uhr um einen festen Betrag vorrücken kann. Dieser regelmäßige periodische Fortschritt bewegt die Zeiger der Uhr mit einer stetigen Geschwindigkeit vorwärts. Gleichzeitig gibt der Zahn dem Zeiterfassungselement einen Stoß, bevor ein weiterer Zahn die Palette der Hemmung ergreift und die Hemmung in ihren „gesperrten“ Zustand zurückbringt. Das plötzliche Anhalten des Zahnes der Hemmung erzeugt das charakteristische „tickende“ Geräusch, das man bei mechanischen Uhren hört.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Solche bekannten mechanischen Uhrwerke leiden an einer Anzahl von Nachteilen. Die Hemmungen brauchen ziemlich empfindliche Spiralfedern, die brechen oder sich abnutzen können und sehr empfindlich gegen mechanische Stöße sind. Solche Federn können auch nur verwendet werden, wenn das Innere der Uhr in einem kontrollierten Druckbereich mit einem Gas wie Luft gefüllt ist. Dies begrenzt den Bereich der Außendrücke, unter denen die Uhr arbeiten kann, stark und erfordert, dass die Uhr Hochleistungsdichtungen aufweist, wenn die Uhr unter Wasser arbeiten muss, insbesondere bei erhöhten Drücken, wie zum Beispiel in relevanten Tiefen beim Tauchen. Im Allgemeinen können solche Uhrwerke nicht funktionieren, wenn das Uhrwerk „eingetaucht“ („submerged“) ist, d.h. wenn das Innere der Uhr mit einer Flüssigkeit wie einem Öl gefüllt ist, weil die Viskosität der Flüssigkeit die Funktion der Unruh wirksam verhindern würde.
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Um diese und andere Unzulänglichkeiten von Zeitmessern gemäß dem Stand der Technik zu überwinden, betrifft die vorliegende Erfindung speziell mechanische Uhrwerke, die keine Hemmung vom Unruh-Rad/Feder-Typ verwenden. Stattdessen verwendet die Erfindung eine Hemmung, die auf dem Widerstand gegen den Fluss eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit basiert.
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Flüssigkeitsbetriebene Hemmungen sind in der Technik bekannt. Sie basieren im Allgemeinen auf der Abtrennung von gleichen inkrementellen Teilen von Flüssigkeit aus einem (kontinuierlichen oder diskontinuierlichen) Flüssigkeitsstrom, im Allgemeinen Wasser, und Zählung der Portionen. Die Annahme ist, dass der Flüssigkeitsstrom gleichmäßig ist und sich nicht mit der Zeit ändert, so dass die Anzahl der Teile im direkten Verhältnis zum Zeitablauf steht. Während die Erfindung auf einem grundlegend anderen Konzept basiert, wird dieser Stand der Technik nun detaillierter beschrieben:
- Die früheste flüssigkeitsgetriebene Hemmung wurde anscheinend vom griechischen Ingenieur Philo von Byzanz (3. Jahrhundert v. Chr.) in seiner technischen Abhandlung Pneumatik (Kapitel 31) beschrieben. Ein Löffel mit einem Gegengewicht, der von einem Wassertank versorgt wird, kippt, wenn er voll ist, in ein Becken und lässt dabei ein kugelförmiges Stück Bimsstein frei. Sobald der Löffel geleert ist, wird er durch das Gegengewicht wieder nach oben gezogen und schließt die Tür vor dem Bimsstein durch die sich spannende Schnur. Philos Kommentar, dass „seine Konstruktion denen von Uhren ähnlich ist“ weist daraufhin, dass solche Hemmungsmechanismen bereits in antiken Wasseruhren integriert waren.
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In China baute der buddhistische Mönch Yi Xing aus der Tang-Dynastie 723 (oder 725) eine Hemmung für eine wassergetriebenen Armillarsphäre mit Uhrantrieb, vgl. Needham, Joseph (1986). Science and Civilization in China: Band 4, Physics and Physical Technology, Teil 2, Mechanical Engineering. Taipei: Cave Books Ltd., S.. 319. Weitere Informationen über chinesische Wasserhemmungen finden sich in dem Wikipedia-Artikel über Hemmungen, aus denen die obigen Informationen stammen. Zum Beispiel floss Wasser in einen Behälter auf einer Schwenkachse. Die Rolle der Hemmung bestand darin, den Behälter bei jedem Auffüllen zu kippen und so die Räder der Uhr jedes Mal vorzuschieben, wenn eine gleiche Menge Wasser abgemessen worden war. Die Zeit zwischen den Abgaben hing von der Durchflussrate ab, die mit dem Wasserdruck abnahm, wenn das Wasserniveau im Vorratsbehälter abfiel.
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Die Entwicklung von mechanischen Uhren hing von der Erfindung einer Hemmung ab, die es ermöglichen würde, die Bewegung einer Uhr durch ein oszillierendes Gewicht zu steuern. Im Gegensatz zum kontinuierlichen Fluss von Wasser in der chinesischen Vorrichtung war die mittelalterliche Hemmung durch eine regelmäßige, sich wiederholende Abfolge von diskreten Handlungen und die Fähigkeit zur selbstumkehrenden Aktion gekennzeichnet:
- Beide Techniken verwendeten Hemmungen, aber diese haben nur den Namen gemeinsam. Die Chinesische arbeitete intermittierend; die Europäische in diskreten, aber kontinuierlichen Schlägen. Beide Systeme nutzten die Schwerkraft als Hauptantrieb, aber die Aktion war sehr unterschiedlich. In der mechanischen Uhr übte das fallende Gewicht eine kontinuierliche und gleichmäßige Kraft auf ein Räderwerk aus, das die Hemmung in einem von der Steuerung bestimmten Rhythmus abwechselnd zurückhielt und freigab. Genialerweise verlangsamte genau die Kraft, die das Hemmungsrad drehte, dieses auch und schob es einen Teil des Weges zurück .... Mit anderen Worten, eine unidirektionale Kraft erzeugte eine sich selbst umkehrende Aktion - ungefähr einen Schritt zurück für drei Schritte vorwärts. Bei dem chinesischen Zeitnehmer variierte jedoch die ausgeübte Kraft, das Gewicht nahm in jedem nachfolgenden Eimer zu, bis es ausreichte, um diesen zu kippen und den Anschlag anzuheben, der das Rad an Ort und Stelle hielt. Dadurch konnte sich das Rad um zehn Grad drehen und der nächste Eimer unter den Wasserstrahl gebracht werden, während der Anschlag zurückfiel.
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Es ist offensichtlich, dass die oben beschriebenen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik groß und auf die makroskopische Handhabung von Wasser beschränkt waren, buchstäblich in Eimern, und einen kontinuierlichen Wasserfluss, um den Mechanismus zu versorgen, sowie ein Auslass oder ein Reservoir für das verworfene Wasser brauchten. Solche Technologien sind von sehr begrenzter Genauigkeit und könnten natürlich nicht in einer mobilen Uhr, insbesondere in einer vom Benutzer tragbaren Uhr, wie einer Armbanduhr oder einer Taschenuhr, verwendet werden.
US 3540208 A offenbart eine Uhr mit einer ölgefüllten Kammer, die einen Kolben aufnimmt. Der Kolben hat eine Durchbohrung und wird von einer Hauptfeder durch die Kammer bewegt, wodurch das Öl zum Fluss durch die Bohrung bewegt wird. Die Geschwindigkeit dieses Flusses bestimmt die Zeit, die der Kolben für seine Bewegung durch die Kammer benötigt. Wenn der Kolben das Ende seiner Bewegungsstrecke erreicht, muss er in die Anfangsposition zurückgestellt werden, wodurch der Zeitmessungsvorgang unterbrochen wird. Daher ist diese Uhr nicht zur kontinuierlichen ununterbrochenen Zeitmessung in der Lage.
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US 20170248917 A1 offenbart eine Uhr, bei der ein Flüssigkeits-Meniskus mittels einer Pumpe verschoben wird. Die Stellung des Meniskus dient der Anzeige der Uhrzeit. Die Messung der Uhrzeit erfolgt mittels eines herkömmlichen Uhrwerkes mit mechanischer Hemmung.
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US 20100118661 A1 offenbart eine Uhr mit einem Hydrauliksystem, das keine Funktion bei der Zeitmessung hat. Die Zeitmessung erfolgt mittels eines konventionellen Uhrwerks mit mechanischer Hemmung bzw. einem Quartz-Oszillator.
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US 20020134856 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Wasservorrat und Einrichtungen zur Einstellung des Wasserpegels in der Vorrichtung.
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US 4262348 A offenbart eine Uhr, bei der die Uhrzeit mittels des Flüssigkeitsstandes in verschiedenen Röhren angezeigt wird.
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DE 598132 A offenbart einen Zeitschalter mit regelbarer Schliessdauer für Gasleitungen.
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US 8995237 B2 offenbart ein Anzeigegerät, bei dem ein Parameter mittels des Flüssigkeitsstandes in einer Kapillare angezeigt wird.
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US 20140160899 A1 offenbart eine Anzeigevorrichtung, bei der die Änderung eines Parameters mittels der Füllung eines Kanals mit einer Flüssigkeit angezeigt wird.
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US 4028877 A offenbart eine Uhr, bei der die Zeitmessung mittels eines mechanischen Transports einer Flüssigkeit zwischen zwei Behältern erfolgt.
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US 3783598 A offenbart eine Uhr, bei der die Anzeige der konventionell gemessenen Uhrzeit mittels eines Flüssigkeitsstandes erfolgt.
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WO 2015039257 A2 offenbart eine Uhr, bei der die Uhrzeit mittels eines Flüssigkeitsstandes angezeigt wird.
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EP 1862874 A2 offenbart eine Anzeigevorrichtung für eine Uhr, bei der die Anzeige mittels Flüssigkeitsständen in Kapillaren erfolgt.
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US 20170235278 A1 offenbart eine Anzeigevorrichtung, bei der eine Flüssigkeit mittels einer Pumpe in einer Kapillare verschoben wird, um die Änderung eines Parameters anzuzeigen.
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Es ist eine wichtige Aufgabe dieser Erfindung, eine Uhr zu offenbaren, die die Nachteile bekannter mechanischer Uhren vermeidet, welche auf einer Unruh / Unruh-Hemmung beruhen.
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Es ist eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung, eine Uhr zu offenbaren, die den Fluss eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, verwendet, um den Ablauf der Zeit zu messen, und die als ein tragbarer Gegenstand ausgebildet sein kann.
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Es ist eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung, eine Uhr, insbesondere eine vom Benutzer tragbare Uhr, wie eine Armbanduhr oder Taschenuhr, zu offenbaren, die ein eingetauchtes Uhrwerk derart aufweisen kann, so dass das Innere der Uhr mit Flüssigkeit gefüllt sein kann.
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Es ist eine weitere wichtige Aufgabe der Erfindung, eine Uhr, insbesondere eine Uhr, die wie eine Armbanduhr vom Benutzer getragen werden kann, anzugeben, die eine kontinuierliche ununterbrochene Zeitmessung gestattet.
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Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die Erfindung gelöst, wie sie in dem beigefügten unabhängigen Anspruch 1 definiert ist.
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Die beigefügten Unteransprüche definieren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Im Gegensatz zu den oben beschriebenen chinesischen Mechanismen nach dem Stand der Technik löst sich die Erfindung von der Idee, diskrete, inkrementelle Teile von Flüssigkeit zu erzeugen, deren Anzahl das Verstreichen der Zeit anzeigt. Stattdessen verwendet die Erfindung eine präzise gesteuerte Strömung eines Fluids, das vorzugsweise unter den Betriebsbedingungen der Uhr eine Flüssigkeit ist, um das Entspannen der Energiequelle der Uhr, die vorzugsweise eine Zugfeder ist, zu steuern und zu regulieren. Natürlich muss die Energiequelle keine Feder sein. In bevorzugten Ausführungsformen treibt die Zugfeder eine Pumpe an, die die Strömung der Flüssigkeit durch eine Strömungssteuervorrichtung wie etwa ein einstellbares Ventil bewirkt. Diese Strömung trifft auf einen bestimmten Strömungswiderstand in Abhängigkeit von der Einstellung der Strömungssteuervorrichtung. Die Strömung der Flüssigkeit entspricht der Leistung der Pumpe, so dass die Begrenzung der Strömung durch Einstellung der Strömungssteuervorrichtung die Leistung der Pumpe entsprechend begrenzt: Wenn die Strömung durch die Strömungssteuervorrichtung verringert wird, ist der Betrieb der Pumpe entsprechend reduziert, da die Strömungssteuervorrichtung ein Abbremsen der Pumpe bewirkt. Das Einstellen der Strömungssteuerungsvorrichtung auf eine spezifische Strömungsrate der Flüssigkeit steuert somit effektiv das Abwickeln der Zugfeder, da die Zugfeder mechanisch mit der Pumpe verbunden ist. Wenn die Strömung gleichmäßig und zeitlich konstant ist, kann sie verwendet werden, um den Zeitablauf zu messen und anzuzeigen, indem das Abwickeln der Zugfeder abgebildet wird, z.B. durch Abbildung der Aktion der Pumpe. Die Pumpe ist vorzugsweise eine Pumpe mit kontinuierlichem Durchfluss, d. h. sie kann einen kontinuierlichen Fluss der Flüssigkeit, und damit eine kontinuierliche ununterbrochene Zeitmessung, aufrechterhalten, auch während der notwendigen Aufzieh- und Stellvorgänge.
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Somit kann die Erfindung grundsätzlich als eine Uhr mit einer Hemmung definiert werden, die auf dem Widerstand gegen den Fluss eines Fluids beruht. Man beachte, dass es bei diesem Vorgang nicht notwendig ist, die Menge an Flüssigkeit, die das Ventil passiert, zu überwachen oder zu messen, wie in dem oben erwähnten chinesischen Stand der Technik. Die Durchflussrate der Flüssigkeit ist irrelevant. Die einzige relevante Maßnahme besteht darin, die Strömungssteuervorrichtung auf eine Strömungsrate einzustellen, bei der das Abwickeln der Zugfeder das Uhrwerk mit der richtigen Geschwindigkeit antreibt, um die Zeit korrekt anzuzeigen.
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Wie bei allen typischen modernen mechanischen Zeitmessern umfassen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zeitmessers eine aufziehbare Feder (d.h. eine Zugfeder) als hauptsächliche oder einzige Energieversorgung. Bei Bedarf können zwei oder mehr Zugfedern in einer gestapelten Anordnung verwendet werden, um die Leistungsreserve der Uhr zu erhöhen. Die Uhr kann eine konventionelle Kronenanordnung zum Aufziehen der Feder, zum Einstellen der Zeitanzeige usw. aufweisen.
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Die Uhr umfasst ein Fluid, dessen Strömungswiderstand in der Hemmung verwendet wird. Vorzugsweise ist das Fluid eine Flüssigkeit über den vollständigen Bereich von Bedingungen, denen das Uhrwerk ausgesetzt sein kann. Solche Bedingungen umfassen vorzugsweise Bedingungen von über 10 kPa Druck und über 220 K und bis zu 500 MPa und bis zu 400 K.
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Geeignete Flüssigkeiten umfassen grundsätzlich alle Flüssigkeiten, die die obigen Bedingungen erfüllen und über längere Zeiträume ausreichend stabil sind, ohne dass sie eine relevante chemische und / oder physikalische Veränderung ihrer Eigenschaften aufweisen. Spezifisch werden geeignete Flüssigkeiten unter den Bedingungen, die in der Uhr herrschen, über Jahre oder sogar Jahrzehnte selbst unter Einwirkung von Licht keine chemische Zersetzung oder andere Reaktion zeigen. Gegenwärtig sind die am meisten bevorzugten derartigen Flüssigkeiten Silikonöle, insbesondere Silikonöle ohne reaktive funktionelle Gruppen. Ein Silikonöl ist ein flüssiges polymerisiertes Siloxan mit organischen Seitenketten. Da in der Erfindung die Reaktivität so gering wie möglich sein sollte, haben die Siloxane, die die Flüssigkeit bilden, inerte Seitenketten, die so wenig Reaktivität wie möglich zeigen.
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Ein Beispiel eines bevorzugten Silikonöls ist PSF-20cSt Pure Silicone Fluid, ein Polydimethylsiloxan-öl, erhältlich von Clearco Products.
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Die Uhr der Erfindung verwendet den Strömungswiderstand des Fluids, vorzugsweise der Flüssigkeit, in ihrer Hemmung. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Uhr im Inneren zum Erzeugen des erforderlichen Flusses eine Pumpe, die zum Pumpen der Flüssigkeit angeordnet ist. Die Pumpe wird von der aufziehbaren Zugfeder angetrieben, normalerweise über eine Reihe von Zahnrädern, um die optimale Energieversorgung für die Pumpe zu schaffen. Die Pumpe ist vorzugsweise eine mechanische Pumpe ist und am meisten bevorzugt eine Zahnradpumpe. Alternativ kann die Pumpe eine Kolbenpumpe, eine Membranpumpe, eine Balgenpumpe oder irgendeine andere geeignete Pumpe sein, die zum kontinuierlichen Betrieb ausgelegt ist, wobei der Betrieb so lange ununterbrochen ist, wie die Antriebskraft der Hauptfeder ausreichend ist, um die Pumpe anzutreiben.
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Um einen geeigneten, genau definierten, konstanten Strömungswiderstand der gepumpten Flüssigkeit zu haben, umfasst die Uhr vorzugsweise eine, vorzugsweise einstellbare, Strömungssteuerungsvorrichtung, die so angeordnet ist, dass sie die Strömung des Fluids durch sich hindurch begrenzt. Die Flüssigkeit wird mittels der Pumpe, die durch das Abwickeln der Zugfeder angetrieben wird, durch die Strömungssteuervorrichtung gepumpt. Die Strömungssteuerungsvorrichtung begrenzt den Fluss der Flüssigkeit und wirkt dadurch als Bremse für die Pumpe. Die Laufgeschwindigkeit der Pumpe wird durch die Strömung der Flüssigkeit durch die Strömungssteuereinrichtung bestimmt, unabhängig von der in der Zugfeder gespeicherten Gangreserve. Bei Bedarf kann die Pumpe über eine Druckreduziereinrichtung mit der Strömungssteuereinrichtung verbunden sein, die dafür sorgt, dass der Eingangsdruck der Strömungssteuereinrichtung geeignet und konstant ist. Somit bestimmt die Strömungssteuervorrichtung die Geschwindigkeit, mit der sich die Zugfeder abwickelt und hält diese Geschwindigkeit konstant. Dies ermöglicht die Einstellung der Geschwindigkeit der Uhr durch Einstellen der Strömungsrate der Flüssigkeit und ermöglicht, die Zeitmess- und Anzeigefunktionen von im Wesentlichen jedem Element (z. B. einem Zahnrad) in dem Antriebsstrang von der Hauptfeder zu der Strömungssteuervorrichtung abzuleiten. Da z. B. die Laufgeschwindigkeit der Pumpe von der Strömungsrate des Fluids durch die Strömungssteuerungsvorrichtung abhängt, kann die Laufgeschwindigkeit der Pumpe direkt verwendet werden, um den Ablauf der Zeit zu messen und anzuzeigen.
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Falls gewünscht, können die Zeitmeß- und Anzeigefunktionen dadurch realisiert werden, dass das aus der Strömungssteuervorrichtung austretende Fluid zu einer durch das Fluid angetriebenen Antriebseinheit geleitet wird und die Laufgeschwindigkeit der Antriebseinheit zur Anzeige des Zeitablaufs verwendet wird. Die Antriebseinheit kann e. G. einen Rotor umfassen, der durch die Ausgangsströmung von der Strömungssteuervorrichtung angetrieben wird.
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Die konstante, gleichbleibende Wirkung der Strömungssteuervorrichtung ist kritisch, da der Strömungswiderstand des Fluids (insbesondere der Flüssigkeit) beim Durchlaufen der Strömungssteuervorrichtung die Basis für die Hemmungswirkung ist und so zuverlässig konstant sein muss wie die Wirkung einer Unruh in einer herkömmlichen mechanischen Uhr. Auf der anderen Seite erfordert der Fluss im Allgemeinen eine anfängliche Einstellung, wenn die Uhr zum ersten Mal gestartet wird, und kann sogar eine spätere Anpassung erfordern. Die Strömung muss auch unter wechselnden Umgebungsbedingungen, denen die Uhr ausgesetzt sein kann, äußerst gleichmäßig sein. Es hat sich herausgestellt, dass in einer sehr geeigneten Ausführungsform der Erfindung die Strömungssteuervorrichtung ein Ventil, vorzugsweise ein Ventil, das für einen einstellbaren Durchsatz von Fluid ausgelegt ist, und am meisten bevorzugt ein Nadelventil mit einstellbarer Öffnung ist. Bei geeigneter Gesamtkonstruktion der Uhr kann das Ventil, insbesondere Nadelventil, von außen so eingestellt oder eingestellt werden, ohne dass die Uhr geöffnet werden muss. Es wird z. B. in Betracht gezogen, einen eingebauten Verbinder zu haben, der sich zum Äußeren der Uhr erstreckt und eine solche Einstellung ermöglicht, vergleichbar mit der bekannten Kronenvorrichtung, die das Einstellen der Zeitzeiger und das Aufziehen der Zugfeder ermöglicht.
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Die Strömungssteuerungsvorrichtung wird eine Temperaturkompensationsfunktion aufweisen, um sicherzustellen, dass die Strömungsrate der Flüssigkeit durch die Strömungssteuerungsvorrichtung unabhängig von der Flüssigkeitstemperatur ist. Wenn z. B. die Strömungskontrollvorrichtung ein Nadelventil ist, kann die Nadel aus einem geeigneten Polymermaterial hergestellt und in einem Halter angeordnet sein, um automatisch die Temperaturschwankungen auszugleichen, denen eine Uhr üblicherweise ausgesetzt ist (z. B. zwischen 5° C und 65° C). Solche Anordnungen sind grundsätzlich aus hydraulischen Federungssteuerungen bekannt und können leicht zur Verwendung in der Erfindung angepasst werden.
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Bei allen derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Uhr im Inneren, vorzugsweise vollständig, mit dem Fluid gefüllt, bei dem es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit handelt. Mit anderen Worten verwendet die Erfindung vorzugsweise ein „eingetauchtes“ Uhrwerk, wobei alle dessen mechanischen Teile vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht sind, die auch dazu dient, die Hemmfunktion bereitzustellen. Dies hat mehrere Vorteile, z.B., dass keine aufwendigen Dichtungen benötigt werden, selbst wenn die Uhr sehr hohen externen Flüssigkeitsdrücken ausgesetzt sein soll, wie beispielsweise beim Tieftauchen, da es keinen wesentlichen Unterschied in der Kompressibilität zwischen der Flüssigkeit, wie Silikonöl, in der Uhr und der externe Flüssigkeit wie Meerwasser gibt. Wenn die Uhr vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, kann die Pumpe, die der Strömungssteuervorrichtung Flüssigkeit zuführt, einfach diese Flüssigkeit aus der Flüssigkeit in der Uhr entnehmen, und die Strömungssteuervorrichtung kann den Flüssigkeitsstrom in grundsätzlich jeder gewünschten Art und Weise zurück in das Innere der Uhr entlassen. Außer der Verbindung zwischen dem Pumpenauslass und dem Einlass der Durchflusssteuervorrichtung sind keine speziellen druckfesten Leitungen erforderlich.
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Wenn die Uhr vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, kann die Wärmeausdehnung der Flüssigkeit ein Problem darstellen, das über eine Beeinflussung der Strömungssteuervorrichtung hinausgeht. Die Uhr muss in der Lage sein, zunehmende oder abnehmende Flüssigkeitsvolumina aufzunehmen, ohne dass sie platzt oder das externes Fluid angesaugt wird. Die Erfindung kann daher in bevorzugten Ausführungsformen eine Kompensationsvorrichtung aufweisen, die einen zunehmenden oder abnehmenden Flüssigkeitsdruck in der Uhr, vorzugsweise mit einer Membran oder einem Balg versehen, welche(r) so angeordnet ist, dass ihre/seine äußere Oberfläche dem Inneren der Uhr ausgesetzt ist, während ihre/seine innere Oberfläche der äußeren Umgebung der Uhr ausgesetzt ist. In dieser Anordnung wird der Balg komprimiert, wenn sich die Flüssigkeit in der Uhr ausdehnt, und wird sich ausdehnen, wenn sich die Flüssigkeit zusammenzieht. Natürlich kann die Kompensationsvorrichtung so angeordnet sein, dass sie sich in der entgegengesetzten Richtung ausdehnt und komprimiert.
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Abgesehen von den oben angegebenen Elementen und Teilen, die für die Erfindung spezifisch sind, kann die erfindungsgemäße Uhr einer herkömmlichen mechanischen Uhr entsprechen. Sie kann speziell Getriebe, Zeiger, ein Zifferblatt etc. wie jede herkömmliche Uhr haben. Die Erfindung könnte somit grundsätzlich realisiert werden, indem der Hemmungsmechanismus einer herkömmlichen mechanischen Uhr durch die Hemmung der Erfindung ersetzt wird und die Uhr mit der Flüssigkeit der Erfindung gefüllt wird.
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Ausführungsbeispiel
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die schematisch einige Kernelemente der Erfindung und ihre Wechselwirkung zeigt.
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In der bevorzugten Ausführungsform, die ein Gehäuse (nicht gezeigt) umfasst, dass das gesamte Uhrwerk umschließt, ist das Gehäuse mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise einem Dimethicon-öl, gefüllt. Das Uhrwerk ist somit in die Flüssigkeit eingetaucht.
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In dieser Ausführungsform wird die Uhr von einer Zugfeder 1 angetrieben, die die Bewegung der Uhr antreibt, wenn sie sich abwickelt.
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Die Zugfeder 1 treibt eine Pumpe 3 durch ein geeignet angeordnetes Getriebe 2 an. Die Pumpe 3 ist eine Hydraulikpumpe, wie beispielsweise eine Zahnradpumpe.
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Wenn sie von der Zugfeder 1 durch das Getriebe 2 angetrieben wird, saugt die Pumpe 3 Flüssigkeit aus der Menge an Flüssigkeit an, die das Gehäuse füllt. Die Pumpe 3 pumpt die Flüssigkeit in einen Kanal 4, der den Auslass der Pumpe mit einem Ventil 5 verbindet. Das Ventil 5 ist derart einstellbar, dass sein Durchsatz eingestellt werden kann, und umfasst ein Temperaturkompensationsmerkmal, das den Durchsatz des Ventils temperaturunabhängig macht.
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Im Betrieb steuert der Durchsatz des Ventils 5 die Drehzahl der Pumpe 3, da die Pumpe 3 nicht schneller laufen kann als der Durchtritt von Flüssigkeit durch das Ventil 5 zulässt. Da die Pumpe 3 mechanisch über das Getriebe 2 mit der Zugfeder 1 verbunden ist, steuert die Geschwindigkeit der Pumpe 3 das Abwickeln der Zugfeder 1.
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Die Uhr hat Zeiger oder eine andere Vorrichtung, um die Zeit auf einem Zifferblatt (nicht gezeigt) anzuzeigen. Diese können bewegt werden, indem sie in an sich bekannter Weise mit dem Uhrwerk verbunden werden, z. B. am Getriebe 2 oder der Pumpe 3. Die in der Figur gezeigte Hemmung kann die mechanische Hemmung in einer bekannten Uhr ersetzen, indem sie über ein geeignetes Getriebe verbunden wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die teilweise in den 2 und 3 gezeigt ist, ist die Uhr grundsätzlich so aufgebaut wie in der ersten Ausführungsform. Die Zahnradpumpe der ersten Ausführungsform ist jedoch durch eine Kolbenpumpe mit kontinuierlichem Durchfluss ersetzt. In dieser zweiten Ausführungsform umfasst die Kolbenpumpe (6) drei Ausdehnungs- und Komprimierungskammern (8), die in dieser Ausführungsform von Zylindern (30) und darin reziprozierend beweglich aufgenommenen Kolben (80) gebildet werden. Die Zylinder sind, wie 3 schematisch zeigt, in einer sternförmigen Konfiguration angeordnet.
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In anderen Ausführungsformen kann die Anzahl der Ausdehnungs- und Kompressionskammern anders sein. Vorzugsweise gibt es wenigstens zwei solche Kammern, um Totpunktprobleme zu vermeiden. In wiederum anderen Ausführungsformen kann die Pumpe Elemente von Membranpumpen oder Balgenpumpen statt der Zylinder-und-Kolben - Elemente der zweiten Ausführungsform umfassen. Die Anordnung kann anders sein als sternförmig.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, werden die Kolben (80) gemeinsam von einer Kurbelwelle (70) in der Mitte der Pumpe (6) angetrieben, wobei die Kurbelwelle (70) über ein geeignetes Getriebe von der Zugfeder der Uhr angetrieben wird. Die Kolben (80) sind mit der Kurbelwelle (70) mittels geeigneter Kolbenstangen (40) verbunden.
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2 zeigt eine einzelne Zylindereinheit (7) der Art, wie sie in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, aber nicht in Verbindung mit den anderen zwei Zylindern der 3.
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Die Zylindereinheit (7 hat einen Zylinderkopf (10), der den Zylinder (30) am oberen Ende verschließt. Das Zylindergehäuse nimmt ein Einlassventil (90) und ein Auslassventil (20) auf, die zur Regelung des kontinuierlichen Flüssigkeitsflusses in der Ausdehnungs- und Kompressionskammer (8) dienen. Beide Ventile (90, 20) sind federbeaufschlagt, so dass sie normalerweise geschlossen sind (NC Ventile).
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Der Kolben (80) wird mittels der Kurbelwelle (70) über die Kolbenstange (40) zur reziprozierenden Bewegung im Zylinder (30) angetrieben. Wenn sich der Kolben (80) auf die Kurbelwelle (70) zu bewegt, öffnet das Einlassventil (90) und lässt Flüssigkeit vom Gehäuse in die Kammer (8) fließen. Wenn der Kolben seine Stellung nächst zur Kurbelwelle (70) erreicht, schließt das Einlassventil (90). Wenn der Kolben (80) beginnt, sich von der Kurbelwelle (70) fort zu bewegen, öffnet das Auslassventil (20) und lässt Flüssigkeit aus der Kammer (8) fließen.
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In der Anordnung gemäß 3 haben die Zylinder nicht den unteren Bereich und den Sumpf, der in 2 gezeigt ist. Stattdessen teilen sie sich ein Kurbelwellengehäuse (50), welches die Kurbelwelle (70) mittig aufweist, so dass alle Zylindereinheiten gemeinsam durch die Kurbelwelle (70) gedreht werden können.
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Das Auslassventil (20) lässt die Flüssigkeit in eine (nicht gezeigte) Leitung fließen, die alle Zylindereinheiten mit einem Ventil verbindet, ähnlich dem Ventil (5) der ersten Ausführungsform. Dieses Ventil empfängt daher die gesamte Flüssigkeit, die aus den Zylindereinheiten austritt, und seine Einstellung regelt den Rückdruck, der sich an jedem Auslassventil (20) aufbaut. Dieser Rückdruck bewirkt die Regelung der Betriebsgeschwindigkeit der Zylindereinheiten, ähnlich wie die Funktion der Zahnradpumpe der ersten Ausführungsform. Die Leitungen, die alle Zylindereinheiten mit dem gemeinsamen einstellbaren Ventil verbinden, vgl. 1, Ventil (5), können zum Beispiel aus Metallrohr bestehen, das die mechanische Festigkeit aufweist, um dem Flüssigkeitsdruck zu widerstehen.
