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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Gerät,
das in eine Flüssigkeit
wie etwa Wasser getaucht werden kann, beispielsweise Geräte, die am
Handgelenk getragen werden, etwa Zeitmessgeräte. Insbesondere betrifft die
Erfindung ein solches Gerät,
in dessen Gehäuse
ein Schallwandler eingebaut ist.
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Es ist bereits bekannt, einen Schallwandler in
das Gehäuse
des Zeitmessgeräts
einzubauen, ohne einen Verbindungsweg zwischen dem Wandler und der
Umgebung vorzusehen, der die Schallwellen direkt leiten kann, um
die Dichtheit von Zeitmessgeräten,
die am Handgelenk getragen werden, bei einer Tauchtiefe, die nominal
etwa dreißig
bis vierzig Meter erreichen kann, gewährleisten zu können (CH-A-375 664).
Ein solcher Einbau weist den Vorteil auf, dass er eine sehr gute
Dichtheit des Zeitmessgeräts
gewährleistet.
Da aber die Schallenergie die massive Wand des Gehäuses durchqueren
muss, um zum Wandler zu gelangen oder um von diesem auszugehen,
ist diese Lösung
nur dann möglich,
wenn sich mit einer mittelmäßigen Tonqualität begnügt wird. Das
nutzbare Frequenzband ist dann nämlich
auf die Frequenzen beschränkt,
die diese Wand durchqueren können.
Praktisch muss mit den Resonanzfrequenzen des Wandlers gearbeitet
werden, wobei diese Frequenzen nur dann effizient durch eine Wand des
Gehäuses übertragen
werden können,
wenn sie einer Resonanzfrequenz dieser Wand entsprechen. Dies schränkt zwangsläufig den
Frequenzbereich ein, der übertragen
werden kann, und ist folglich nicht für die Wiedergabe und/oder die
Entgegennahme von Tongemischen wie etwa Sprache oder Musik geeignet.
Außerdem
wird festgehalten, dass eine derartige Wand die Übertragung der vom Wandler
ausgesendeten oder empfangenen Töne
auf störende
Weise dämpft.
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Die Erfindung hat zum Ziel, ein Gerät des weiter
oben angegebenen Typs zu liefern, das mit einem Schallwandler ausgerüstet ist,
der so angebracht ist, dass er mit einem breiten Schallspektrum arbeiten
kann, insbesondere mit dem Schallspektrum, das der Sprache entspricht,
während
gleichzeitig ein hohes Maß an
Dichtheit gewährleistet
wird.
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Die Erfindung hat folglich ein dichtes
tragbares Gerät
zum Gegenstand, das bis zu einer vorher festgelegten Tiefe in eine
Flüssigkeit
wie etwa Wasser eingetaucht werden kann, insbesondere ein dichtes
Zeitmessgerät,
das ein Gehäuse
umfasst, in dem ein Schallwandler angebracht ist, derart, dass er
in dichter Weise mit den Fluiden außerhalb des Gehäuses über Schallenergie
kommunizieren kann, dadurch gekennzeichnet,
- – dass der
Schallwandler in dem Gehäuse
gegenüber
einer verformbaren Membran angebracht ist, die ihn in dichter Weise
von einem Eintrittshohlraum trennt, der in dem Gehäuse ausgebildet
ist und mit der äußeren Umgebung
in einer direkten Verbindung steht, und dass zwischen der Membran
und dem Schallwandler eine Zwischenkammer ausgebildet ist, die eine
Verformung der Membran unter der Wirkung eines äußeren statischen Drucks aufnimmt
und auf Seiten des Wandlers durch ein Halteorgan begrenzt ist, das
in dem Gehäuse
fest angebracht ist und die Verformung der Membran bei Ausübung des äußeren statischen
Drucks begrenzen kann.
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Die Membran ist so befestigt, dass
sie auf Grund dieser Merkmale bei Einwirkung der zu empfangenden
und/oder zu sendenden Schallenergie frei schwingen kann, wenn sich
das Gerät
außerhalb
der Flüssigkeit
befindet. Hingegen kann sich die Membran, wenn das Gerät eingetaucht
ist, unter der Wirkung des hydrostatischen Drucks verformen, sicherlich
ohne Schallenergie übertragen
zu können,
jedoch auf Grund der Unterstützung,
die durch das Halteorgan gewährleistet
ist, gegen jede Beschädigung geschützt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden während
der folgenden Beschreibung deutlich, die lediglich als Beispiel
gegeben ist und sich auf die beigefügte Zeichnung bezieht, worin
- – die
einzige Figur eine Teilschnittansicht eines Zeitmessgeräts gemäß der Erfindung
zeigt, das beispielhaft mit einem Mikrofon-Wandler ausgerüstet ist.
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In der folgenden Beschreibung wird
die Erfindung bei ihrer Anwendung auf ein Zeitmessgerät wie etwa
eine Armbanduhr veranschaulicht. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung
auf jedes andere Gerät
angewendet werden kann, das wenigstens einen Schallwandler enthalten
muss, wobei das Gerät
außerdem bis
zu einer vorgegebenen Tiefe in eine Flüssigkeit wie etwa Wasser eingetaucht
werden kann. Außerdem
ist der Wandler in dem beschriebenen Beispiel ein Mikrofon, wobei
jedoch mit der Erfindung auch ein Wandler zur Tonwiedergabe vorteilhaft
genutzt werden kann.
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Dies vorausgesetzt ist in der einzigen
Figur eine Schnittansicht einer Armbanduhr 1 gezeigt, deren
Dichtheit bis zu einer vorgegebenen Wassertiefe garan tiert wird,
wobei eine Tiefe von 30 m ein in der Praxis häufig vorgesehener Wert ist.
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Von der Uhr 1 sind in der
einzigen Figur das Gehäuse 2,
das Glas 3, die Zeiger 4 und 5, das Zifferblatt 6 sowie
einige Teile des Stellmechanismus 7 zu erkennen. Alle diese
Elemente sowie jene, die auf der Zeichnung nicht sichtbar sind,
wie die integrierte Schaltung, der Quarz, der Kleinstmotor, das
Uhrwerk usw. sind herkömmlich
und demnach hier nicht zu beschreiben. Obwohl dies keine Anwendung
sein soll, die die Erfindung einschränkt, könnte das Gerät gemäß der Erfindung,
das mit einem Mikrofon-Wandler versehen ist, vorteilhaft eine Uhr
sein, die ein Mobiltelephon bildet.
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Im vorliegenden Fall ist das Gerät oder Zeitmessgerät 1 gemäß der Erfindung
auf einer Grundplatte 8 befestigt, die auf dem Boden 9 des
Gehäuses 2 aufliegt.
Die Grundplatte 8 weist eine kreisförmige Öffnung 10 auf, in
der ein Mikrofon 11 befestigt ist. Dieses kann von jedem
geeigneten Typ sein, wobei ein Elektret-Mikrofon auf Grund seiner
geringen Abmessungen bevorzugt wird. Ein derartiges Mikrofon kann,
nur als Hinweis dienend, einen Durchmesser von ungefähr 6 mm
und eine Höhe
von ungefähr
2 mm haben.
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In dem dargestellten Beispiel ist
das eigentliche Mikrofon in eine Schale 12 eingepasst,
deren Boden 12a mit Löchern 13 durchsetzt
ist und als Halteorgan dient. Es ist jedoch auch möglich, dass
das Mikrofon 12 ein einfacher zylindrischer Körper ist,
der auf einer Platte liegt, die Durchgangslöcher aufweist.
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Die in der Platte 8 verwirklichte Öffnung 10 ist
oberhalb eines Eintrittshohlraums 14 runder Grundform vorgesehen,
wobei sie über
einen rechtwinkligen Kanal 15 nach außen mündet.
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Am Umfang der Außenfläche des Bodens 12a der
Schale 12 ist ein erster Montagering 16 festgeklebt,
der zusammen mit einem zweiten Montagering 17 dazu bestimmt
ist, eine runde Membran 18 eingeklemmt oder auf eine andere
Art und Weise befestigt zwischen den beiden Ringen zu halten. Somit trennt
diese Membran 18 den Eintrittshohlraum 14 dicht
von einer Zwischenkammer 19 ab, die durch die Löcher 13 mit
dem Mikrofon 11 in Verbindung steht, wobei sie jedoch die
Schallschwingungen, die von außerhalb
dieser kommen, überträgt. Der
Montagering 16 begrenzt das Volumen der Zwischenkammer 19.
Der Montagering 17 ist außerdem in Achsrichtung im Anschlag
gegen einen Ansatz 20, der den Eintrittshohlraum 14 umgibt.
Gemäß einer
Ausführungsvariante
kann die Membran 18 direkt auf den Ring 16 geklebt
sein oder auf eine andere Weise an diesem befes tigt sein und der
Ring 17 kann weggelassen werden.
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In dem dargestellten Beispiel weist
der erste Montagering 16 eine radiale Nut 21 auf,
die in seiner Dicke ausgespart ist. Der Boden 9 weist seinerseits eine
Nut 22 auf, die auf die Nut 21 folgt und über einem
Druckausgleichplättchen 23 mündet. Dieses kann
an einem radialen Vorsprung 24 befestigt sein, der an der
Innenseite eines Lochs 25 vorgesehen ist, das in der Platte 8 auf
der Außenseite
verwirklicht ist, an der die Nut 22 mündet. Folglich steht die Kammer 19 mit
dem Plättchen 23 in
Verbindung.
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Dieses Plättchen 23 ist gegenüber Flüssigkeiten
wie etwa Wasser dicht, jedoch für
Gase wie Luft durchlässig,
vorausgesetzt, der Gasdruck ändert sich
langsam. Jede plötzliche
Veränderung
des Gasdrucks wird folglich durch dieses Plättchen blockiert, welches beispielsweise
aus gesintertem Teflon oder aus Keramik hergestellt sein kann.
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In dem beschriebenen Beispiel umfasst
das Gehäuse 2 der
Uhr 1 außerdem
eine Vorrichtung 26, die seinen Innenraum mit der äußeren Umgebung verbindet.
Praktisch handelt es sich um einen Durchlass 27, der in
der Platte 8 und dem Boden 9 ausgearbeitet ist
und durch ein Plättchen 28 verschlossen ist,
das wie das Plättchen 23 gegenüber Flüssigkeiten
wie etwa Wasser dicht ist, jedoch für Gase, deren Druck sich langsam ändert, durchlässig ist.
Es kann aus dem gleichen Material wie das Plättchen 23 hergestellt
sein.
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Es können mehrere Varianten in Betracht
gezogen werden, um die Kammer 19 nur für sehr geringe Änderungen
des Gasdrucks mit der äußeren Umgebung
in Verbindung zu bringen. So
- – kann die
Nut 22 weggelassen werden, so dass das Gas über einen
Leckweg zwischen der Stirnfläche
des Rings 16 und der Oberfläche des Bodens 12a diffundiert;
- – kann
es nur eine einzige Verbindung zur äußeren Umgebung über ein
Plättchen
wie etwa das Plättchen 28 geben,
das, wie in der Figur gezeigt ist, so angebracht sein kann, dass
die Nut 22 mit dem Innenraum der Uhr verbunden ist;
- – kann
die Schale 12 in ihrem Aufnahmesitz des Gehäuses 2 derart
angebracht sein, dass ein Leckweg längs ihrer Außenwand
gelassen wird, um die Gase bei einer geringfügigen Änderung des Drucks längs ihrer
Außenwand
nach außen diffundieren
zu lassen.
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Die so beschaffene Vorrichtung, die
die Zwischenkammer 19 nur bei langsamen Änderungen des
statischen Drucks der umgebenden Gase mit der äuße ren Umgebung in Verbindung
bringt, ermöglicht, die
Membran 18 selbst dann funktionsfähig zu halten, wenn die Uhr
vom Träger
auf verschiedene Höhen gebracht
wird oder wenn sie unter klimatischen Bedingungen getragen wird,
die solche langsamen Änderungen
hervorrufen.
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Es kann angemerkt werden, dass die
Plättchen 23 und 28 in
gewisser Weise Tiefpassfilter bilden, die nur Druckveränderungen
von Gasen wie etwa Luft mit einer sehr niedrigen Frequenz von typisch
1/10 Hz oder weniger hindurchlassen.
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Es ist anzumerken, dass in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die Kammer 19 zunächst mit
dem Innenraum des Gehäuses 2 verbunden
ist und mit der äußeren Umgebung
nur über
die eine Verbindung herstellende Vorrichtung 26 in Austausch treten
kann (immer nur für
geringe Änderungen
des statischen Gasdrucks). Diese Ausführung wird hier bevorzugt,
da die beschriebene Uhr weitere Organe enthalten kann, die ebenfalls
einen langsamen Druckausgleich erfordern. Es kann sich beispielsweise
um einen Wandler zur Tonwiedergabe handeln. Die Vorrichtung zur
Herstellung der Verbindung 26 kann außerdem für zwei Wandler gleichzeitig
genutzt werden, wodurch sich die Anzahl der Stellen in dem Gehäuse, an
denen eine Verbindung für
Gase wie etwa Luft zur äußeren Umgebung
vorhanden ist, auf ein Minimum verringert.
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Die Membran 18 ist aus einem
wenig elastischen Werkstoff hergestellt und zwischen den Montageringen 16 und 17 nicht
gespannt, um ihr eine Schwingungsfreiheit zu garantieren, die so
weit wie möglich
ist. Ein für
die Membran 18 besonders geeigneter Werkstoff ist Mylar®, wobei ihre
Dicke im Bereich zwischen 2 und 50 μm liegen kann, jedoch ein bevorzugter
Wert 10 μm
ist. Ihr Durchmesser ist etwas größer als jener des Mikrofons 11.
Es wird angemerkt, dass eine derartige Membran Schwingungen in einem
Frequenzbereich übertragen
kann, der von 200 Hz bis 5 kHz geht.
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Die Membran 18 verhält sich
folgendermaßen:
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Wenn die Uhr außerhalb des Wassers getragen
wird, weist die Membran 18 eine flache Konfiguration auf,
in der sie von dem Gitter, das vom Boden 12a der Schale 12 gebildet
wird, beabstandet ist. Sie kann demzufolge die akustischen Schwingungen,
die aus der äußeren Umgebung
kommen, in Richtung der Kammer 19 und von dort durch die
Löcher 13,
die im Boden 12a verwirklicht sind, zum Mikrofon übertragen.
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Hingegen wird sich dann, wenn die
Uhr eingetaucht wird, die Membran 18 auf Grund einer plötzlichen
Veränderung
des Differenzdrucks verformen, um eine in Richtung des Bodens 12a ausgebauchte Form
anzunehmen, da der obenbeschriebene Druckkompensationsweg den Druckunterschied
nicht schnell genug ausgleichen kann. Ab einem bestimmten Wert des
hydrostatischen Drucks wird die Verformung der Membran derart sein,
dass sie gegen den Boden 12a der Schale 12 zur
Anlage kommt, wobei dieser Letztere eine wirksame Stütze bildet,
so dass jede Beschädigung
und insbesondere eine irreversible Verformung der Membran 18 verhindert
wird.
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Es wird angemerkt, dass in dem Fall,
in dem der Wandler ein Lautsprecher ist, die Eigenschaften der Membran,
insbesondere die Dicke, der Durchmesser und der Werkstoff, aus dem
sie gebildet ist, dementsprechend angepasst werden.