УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИВЕДЕНИЯ В ДВИЖЕНИЕ ЧАСОВОГО МЕХАНИЗМА, МЕХАНИЗМ ЧАСОВ, СОДЕРЖАЩИЙ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИВЕДЕНИЯ В ДВИЖЕНИЕ ЧАСОВОГО МЕХАНИЗМА, МЕХАНИЧЕСКИЕ ЧАСЫ, СОДЕРЖАЩИЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРИВЕДЕНИЯ В ДВИЖЕНИЕ ЧАСОВОГО МЕХАНИЗМА

Область техники
Полезная модель относится к области часовой промышленности и может быть использовано при производстве механических часов с автоматическим приводом с возможностью получения энергии движения часового механизма от разности температур различных областей пространства.
Уровень техники
Известен механизм автоподзавода в виде инерционной массы, перемещающейся при изменении часов, отличающийся тем, что с целью возможности использования автоподзавода в сочетании с любым базовым элементом без его утолщения применено тяжелое полукольцо, размещенное по периметру механизма внутри корпусного кольца и удерживаемое в названном кольце с помощью трех роликов. При этом для передачи вращения груза на заводной вал пружины инерционный груз снабжен кольцом, внутренняя поверхность которого выполнена рифленой для взаимодействия с роликом, установленным на конце рычага, снабженного собачкой для перемещения храповика на заводном валу (SU 146702, опубликовано БИ №8 за 1962 г.)
Известные механизмы автоподзавода могут быть использованы только в переносных часах, например, наручных часах, в которых по условиям эксплуатации возможно возникновение качательного движение ротора. Кроме этого основным недостатков всех известных механических часов с автоподзаводом для правильной работы механизма автоподзавода является необходимость активного подвижного образа жизни пользователя часов.
Известны настольные часы Атмос с крутильным маятником, выпускаемые фирмой «Jaeger-le Coultre» (Швейцария) и работающие от изменения во времени температуры и атмосферного давления. (Тарасов С.В. Приборы времени. Москва, «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1976, с. 39-40).
Источником энергии, поддерживающим колебания маятника в данных часах, служит перепад температуры окружающей среды воздуха в квартире или служебном помещении. Перепад температур в 1° обеспечивает функционирование часов в течение 2 суток. Часы функционируют с высокой степенью точности порядка 1 с в сутки. При отсутствии колебаний температуры окружающего воздуха в течение 2 суток (что мало вероятно) часы автономно функционируют в течение 100 суток за счет запаса энергии заводной пружины, заключенной в барабане.
Колебания температуры служат энергией подзавода пружины, которая работает в коротком интервале пологой кривой момента, обеспечивая тем самым высокую стабильность амплитуды колебаний и высокую степень точности хода.
2
5
Для использования колебания температуры воздуха на подзавод пружины используют особое химическое вещество CHCl - хлористый этил. Пары хлористого этила создают давление, равное примерно атмосферному при температуре +12°C, при температуре +27°C давление паров максимальное, т.е. часы работают в широком диапазоне температур.
Хлористый этил помещают в герметический металлический корпус, имеющий форму короткого цилиндра. Хлористый этил заполняет внутренние кольцевые выступы в корпусе. При повышении температуры пары этила расширяются и давят на кольцевые выступы. Последние расширяются подобно мехам. Движение кольцевых выступов передается цепочке, которая одним концом прикреплена к пружине, а другим - к храповому устройству, осуществляющему непосредственно подзавод пружины в барабане.
При понижении температуры происходит сжатие кольцевых выступов. За счет разности температур и перемещения в ту или другую сторону кольцевых выступов, а вместе с ними пружины и цепочки, происходит подзавод пружины в барабане.
Для регулирования периода колебания маятника имеется головка, полный оборот которой соответствует изменению периода колебаний на 10 с в сутки. Часы регулируются с точностью 1 с в сутки. Часы работают только в стационарном положении, чувствительны к вибрациям. Они снабжены водяным уровнем и тремя установочными стойками, из которых одна неподвижна, а две другие регулируются по высоте. Для переноски часов маятник блокируется специальным устройством.
Недостатком этих часов, в частности его механизма автоматического привода, является то, что эти часы работают только в стационарном положении, т.к. не допускается использование часов в качестве переносных. Так как энергия получаемая от изменения давления и температуры по времени очень мала - то в результате очень большого периода колебаний - под влиянием внешних воздействий - как правило они имеют очень сложную систему регулировки для обеспечения высокой точности хода. Кроме того они требуют кропотливой и точной регулировки для обеспечения строго перпендикулярного плоскости Земли положения крутильного маятника.
Также из уровня техники известны часы, у которых энергией подзавода пружины служит колебание давления воздушной среды (SU 354392 G04B 3/12 опубл. 01.01.1972.)
Известное устройство для пневматического подзавода пружинного двигателя часов содержит пневмодвигатель, связанный через систему привода с заводным валом пружинного двигателя, которое снабжено последовательно соединенными триггером и усилителем, выход которого соединен с пневмодвигателем, а выходы триггера через путевые переключатели - с системой привода, выполненной в виде ходового винта с гайкой, одна сторона которого зафиксирована от проворачивания, а другая выполнена в виде заслонки переключения путевых выключателе, и дополнительно снабжено последовательно соединенными системой аварийной сигнализации и логическим элементом «НЕ-ИЛИ», вход которого через путевой переключатель связан с заслонкой. (RU 2012105052 G04B 3/00 опубл. 20.08.2013.)
Недостатком данного устройства для пневматического подзавода пружинного двигателя часов является невозможность использования энергии разности температур.
Резюмируя вышеизложенное можно сделать заключение, что на сегодняшний день не известны механизмы автоматического привода часов, используемых как в наручных, так и в любых других видах механических часов (настенные, каминные, башенные и пр.), работающие на основе замкнутого термодинамического цикла, в которой циклические процессы сжатия и расширения происходят при различных уровнях температур, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема.
Раскрытие полезной модели
Задача предлагаемой полезной модели состоит в разработке и практической реализации конструкции часов и часовых механизмов с автоматическим заводом и подзаводом двигателя часов с получением энергии для завода и подзавода часов от разности температур различных областей пространства.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании полезной модели достигается тем, что устройство для автоматического приведения в движение подвижных элементов часового механизма, характеризуется тем, что содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в движение часового механизма. При этом тепловой двигатель выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.
Устройство для автоматического приведения в движение часового механизма может быть выполнен с возможностью
автоматического завода или подзавода двигателя механизма часов;
автоматического завода или подзавода пружинного двигателя механизма часов;
автоматического приведения в движение зубчатой передачи и/или спускового регулятора часового механизма;
использования в качестве охладителя боковых сторон корпуса часов или стороны циферблата, а качестве теплоприемника (нагревателя) заднюю часть часов или заднюю крышку или части задней крышки корпуса часов с расположенным между ними теплоизоляционным материалом с низким коэффициентом теплопроводности;
Использование в качестве охладителя заднюю часть часов, которая может контактировать с пространством или поверхностью где температура ниже чем температура поверхности или пространства контактирующего с передней (лицевой) поверхностью часов, то есть охладитель задняя часть, а нагреватель передняя часть часов.
использования в качестве охладителя механизма часов, движущихся деталей механизма наручных часов или маховика в форме крыльчатки;
использования в качестве охладителя ребер, канавок или дополнительных элементов охлаждения на корпусе часов;
использование в качестве охладителя контактирующую поверхность или пространство.
использования в качестве нагревателя контактирующего с поверхностью или пространством с более высоким показателем температуры, задней части часов, выполненной из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, сплавов алюминия, меди, медного сплава, серебра, сплава серебра или сплавов золота;
использования в качестве нагревателя контактирующего с поверхностью или пространством с более высоким показателем температуры, задней части часов, выполненной эргономичной формы;
использования в качестве нагревателя контактирующего с поверхностью или пространством с более высоким показателем температуры, переднюю (лицевую) части часов, выполненной из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, сплавов алюминия, меди, медного сплава, серебра, сплава серебра или сплавов золота;
использования в качестве нагревателя контактирующего с поверхностью или пространством с более высоким показателем температуры, передней части часов, выполненной эргономичной формы;
нагревание от Солнца или с возможностью создания разницы температур с использованием энергии Солнца;
нагревание с использованием тепла, выделяемого электроникой, источниками света, нагревательными системами, отопительными системами и т.п.;
охлаждение теплового двигателя возможно от поверхности, например, таких, как стекло, стена, или от окружающей среды.
функционирования совместно с дополнительными источником энергии движения, например, с механизмом автоподзавода, либо с механизмом ручного завода;
использования в качестве рабочего тела газа - воздуха, водорода, гелия, паров ацетона, спирта или иного химического соединения;
с возможностью привода часов с базовым серийно выпускаемым механизмом часов как в обычном исполнении, так и с дополнительной доработкой, например с фрикционным внешним концом заводной пружины, для обеспечения «бесконечного завода» пружины механизма часов.
При этом автоматический привод механизма часов может быть выполнен с механизмом принудительного начального запуска с возможностью совместного функционирования с другими двигателями или с возможностью преобразования движения (вращательное, возвратно-поступательное) поступающее с теплового двигателя во вращение заводного вала или вала барабана часового механизма.
Поставленная задача решается, а требуемый результат при использовании полезной модели достигается также тем, что часовой механизм для приведения в движение указателя или указателей времени, содержит по меньшей мере один подвижный и по меньшей мере один неподвижный элементы и устройство для автоматического приведения в движение данных подвижных элементов. Таким образом часовой механизм по сути содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в пространстве либо на поверхностях, либо на поверхности и пространстве в движение часового механизма. При этом двигатель может быть выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.
При этом механизм часов с автоматическим приводом может содержать описанный выше автоматический привод механизма часов.
Поставленная задача решается, а требуемый результат при использовании полезной модели достигается также тем, что механические часы, содержащие корпус и часовой механизм для приведения в движение указателя или указателей времени содержат по меньшей мере один подвижный и по меньшей мере один неподвижный элементы и устройство для автоматического приведения в движение данных подвижных элементов. При этом двигатель может быть выполнен в виде теплового двигателя Стирлинга гамма типа, роторного типа или свободно-поршневого типа.
При этом механические часы с автоматическим приводом содержат описанный выше автоматический привод механических часов или содержат описанный выше механизм часов с автоматическим приводом.
При этом в качестве охладителя (или теплоприемника) теплового двигателя используют переднюю часть часов (куда входят боковые стороны корпуса часов, сторону циферблата) а в качестве теплоприемника (охладителя) используют заднюю часть часов (куда включают заднюю крышку или часть задней крышки корпуса часов с расположенным между ними теплоизоляционным материалом с низким коэффициентом теплопроводности) или в качестве охладителя теплового двигателя используют часовой механизм или отдельные движущиеся детали часового механизма или маховик в форме крыльчатки.
Для интенсификации охлаждения теплового двигателя на корпусе часов могут быть выполнены ребра, канавки или дополнительные элементы охлаждения.
Для интенсификации нагревания теплового двигателя контактирующего с поверхностью или пространством где температура выше или ниже, корпус часов часть может быть выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например из алюминия, сплавов алюминия, меди, медного сплава, серебра, сплава серебра или сплавов золота или часть корпуса часов может быть выполнена эргономичной формы.
При этом тепловой двигатель выполняют с возможностью нагревания от Солнца или с возможностью создания разницы температур путем расположения нагревателя к Солнцу или иному источнику внешнего тепла.
Тепловой двигатель также может быть выполнен с возможностью использования тепла выделяемого электроникой, источниками света, нагревательными системами, отопительными системами и т.п.
Кроме этого тепловой двигатель может быть выполнен с возможностью охлаждения от поверхности, например, таких как стекло, стена, или от окружающей среды.
При этом тепловой двигатель выполняют с возможностью
функционирования совместно с дополнительными источниками энергии движения часового механизма, например, с механизмом автоподзавода, либо с механизмом ручного завода;
использования в качестве рабочего тела газа - воздуха, водорода, гелия, паров ацетона, спирта или иного химического соединения.
привода часов с базовым серийно выпускаемым часовым механизмом как в обычном исполнении, так и с дополнительной доработкой, например с фрикционным внешним концом заводной пружины, для обеспечения «бесконечного завода» пружины. При этом тепловой двигатель выполняют с механизмом принудительного начального запуска и могут одновременно использовать несколько тепловых двигателей.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
В предпочтительных, показанных на чертежах вариантах конструктивного исполнения устройства теплового двигателя Стирлинга для часов, часового механизма с двигателем Стирлинга и часов с двигателем Стирлинга имеются следующие конструктивные элементы:
1 - рабочий цилиндр,
2 - внутренняя область рабочего цилиндра,
3 - поршень рабочего цилиндра,
4 - нагреватель-теплосъемник,
5 - охладитель,
6 - теплообменный цилиндр,
7 - дисплейсер-вытеснитель,
8 - стенки теплообменного цилиндра,
9 - шток дисплейсера,
10 - втулка охладителя,
11 - маховик,
12 - кривошипный шарнир поршня теплообменника,
13 - кривошипный шарнир рабочего поршня,
14 - кривошипный шарнир теплообменного цилиндра,
15 - кривошип,
16 - шатун дисплейсера,
17 - шатун рабочего цилиндра,
18 - шарнир оси рабочего поршня,
19 - шток рабочего поршня,
20 - рука человека,
21 - лапки корпуса,
22 - корпус,
23 - радиатор корпуса,
24 - циферблат,
25 - стекло,
26 - часовой механизм,
27 - минутная стрелка,
28 - часовая стрелка,
29 -ремешок,
30 - заводная головка,
31 - теплопроводная подложкаремешка,
32 - коническое колесо вала маховика,
33 - коническое колесо передаточного механизма,
34 - первое колесо редуктора,
35 - второе колесо редуктора,
36 - барабанное колесо,
37 - вал барабана,
38 - стойка крепления маховика и кривошипа,
39 - выходной вал двигателя Стирлинга,
40 - первое дополнительное колесо,
41 - второе дополнительное колесо,
42 - передняя крышка,
43 - несущий корпус,
44 - крепление к ровной и глаткеой поверхности (присоска),
45 - керпичная стена,
46 - теплоизоляция,
47 - вода,
48 - стекло аквариума,
49 - корпус светильника,
50 - лампочка,
51 - средство крепления часов к поверхности (стена).
На фиг. 1 показана структурно функциональная схема простейших часов с тепловым двигателем Стирлинга, без аккумулятора энергии, на которой показаны сопряженные средствами кинематической связи тепловой двигатель Стирлинга, спусковой регулятор, стрелочный механизм.
На фиг. 2 показана структурно функциональная схема часового механизма с тепловым двигателем Стирлинга, на которой показаны соединенные средствами кинематической связи работающий от разницы температур двигатель Стирлинга, передаточный механизм, механический аккумулятор (пружинный двигатель, гиревой двигатель, пневматический аккумулятор, барабан часов и т.п), зубчатая передача, спуск, осциллятор, стрелочный механизм. Пунктирной линией выделены функциональные блоки, присущие обычному стандартном часовому механизму.
На фиг. 3 показана структурно-функциональная схема прибора с часовым механизмом с тепловым двигателем Стирлинга, включающая в себя соединенные средствами кинематической связи работающий от разницы температур двигателеь Стирлинга, передаточный механизм, механический аккумулятор (пружинный двигатель, гиревой двигатель, пневматический аккумулятор, барабан часов и т.п), механизм завода и перевода стрелок, стрелочный механизм, зубчатая передача, спуск и осциллятор. Пунктирной линией выделены функциональные блоки, присущие обычному стандартном часовому механизму.
На фиг. 4 показана конструкция теплового двигателя Стирлинга гамма типа в возможной компоновке для использования в механизме часов, на которой показаны: рабочий цилиндр 1, внутренняя область рабочего цилиндра 2, поршень рабочего цилиндра 3, нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, стенки теплообменного цилиндра 8, шток дисплейсера 9, втулка охладителя 10, маховик 11, кривошипный шарнир поршня теплообменника 12, кривошипный шарнир рабочего поршня 13, кривошипный шарнир теплообменного цилиндра 14, кривошип 15, шатун дисплейсера 16, шатун рабочего цилиндра 17, шарнир оси рабочего поршня 18, шток рабочего поршня 19.
На фиг. 5 показан 1-й такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт сжатия рабочего тела при постоянной температуре: дисплейсер 7 находится вблизи нижней мертвой точки (НМТ) и остается условно неподвижным. Газ сжимается рабочим поршнем 3 малого цилиндра 1. Давление газа возрастает, а температура остается постоянной, так как теплота сжатия отводится через холодный торец теплообменного цилиндра 5 в окружающую среду. Под условной неподвижностью в данном случае подразумевают малую высоту перемещения поршня при прохождении кривошипом расстояния вблизи верхней или нижней мертвой точки.
На фиг. 6 показан 2-й такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт нагревания рабочего тела при постоянном объеме: рабочий поршень 3 рабочего цилиндра 1 находится вблизи НМТ и полностью перемещает холодный сжатый газ в теплообменный цилиндр 6, вытеснитель 7 которого движется к верхней мертвой точки (ВМТ) и вытесняет газ в горячую полость. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, рабочее тело разогревается, давление повышается и достигает максимального значения. Прирост давления идет параллельно с выталкиванием рабочего поршня 3. В результате давление не достигает теоретически рассчитанного максимума. Данный факт также объясняет хороший к.п.д. на малых оборотах двигателя.
Рабочее тело прогревается лучше и прирост давления приближается к максимуму.
На фиг. 7 показан третий такт работы двигателя Стирлинга гамма типа -такт расширения при постоянной температуре газа: дисплейсер 7 теплообменного цилиндра 6 находится вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) и остается условно неподвижным. Поршень рабочего цилиндра 3 под действием давления газа движется к верхней мертвой точке. Происходит расширение горячего газа в полости рабочего цилиндра 1. Полезная работа, совершаемая поршнем рабочего цилиндра 3, через кривошипно-шатунный механизм передается на кривошип 14 и маховик 11. Давление в цилиндрах двигателя при этом падает, а температура газа в горячей полости остается постоянной, так как к нему подводится тепло от источника тепла через горячую стенку цилиндра.
На фиг. 8 показан четвертый такт работы двигателя Стирлинга гамма типа - такт охлаждения при неизменном объеме: поршень рабочего цилиндра 3 находится вблизи ВМТ и остается условно неподвижным. Дисплейсер 7 теплообменного цилиндра движется к НМТ и перемещает газ, оставшийся в горячей части в холодную часть цилиндра. Так как при этом суммарный внутренний объем цилиндров двигателя остается постоянным, давление газа в них продолжает падать и достигает минимального значения. В моделях двигателей, содержащих рабочее тело при атмосферном давлении четвертый такт также является рабочим, поскольку давление падает резко и возникает кратковременное разряжение. В результате рабочий поршень 3 с усилием втягивается в цилиндр 1, совершая дополнительную работу. Из четырех тактов два - рабочие.
На фиг. 9 показан вид сверху на механизм часов, на котором показаны рабочий цилиндр 1, охладитель 5, втулка охладителя 10, маховик 11, кривошипный шарнир теплообменного цилиндра 14, кривошип 15, шатун рабочего цилиндра 17, часовой механизм 26, коническое колесо вала маховика 32, коническое колесо передаточного механизма 33, первое колесо редуктора 34, второе колесо редуктора 35, барабанное колесо 36, вал барабана 37, стойка крепления маховика и кривошипа 38, выходной вал двигателя Стирлинга 39, первое дополнительное колесо 40, второе дополнительное колесо 41.
Стойка крепления маховика и кривошипа 38 держит вал 39 на котором насажены кривошип 15 и маховик 11. На вал 39 насажено коничское колесо 32, которое передает вращение на коническое колесо 33, разворачивая передачу на 90 градусов. Колесо 33 передает вращение на редуктор передаточного механизма состоящий из колес 34 и 35, которые уменьшают скорость вращения и увеличивают момент. Колесо 35 редуктора передает вращение на барабанное колесо часового механизма и через него заводит заводной вал 37 пружинного аккумулятора часового механизма 26. Используемые для удобства компановки реверсивные колеса 40 и 41 передают вращение от вала кривошипа к выходному валу двигателя 39.
На фиг. 10 показан разрез корпуса часов с двигателем Стирлинга гамма типа в возможной компоновке для использования в часовом механизме наручных часов, на котором показаны: рабочий цилиндр 1, нагреватель 4, охладитель 5, маховик 11, рука человека 20, лапки корпуса 21, корпус 22, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, ремешок 29.
На фигуре 10 видно, что поступающее тепло от руки человека 20 поступает на крышку нагревателя 4, а корпус 22 соединен с охладителем 5, и его канавки радиатора дополнительно охлаждают корпус для получения дополнительного градиента температур.
На фиг. 11 показан вид сбоку наручных часов с тепловым двигателем Стерлинга, на котором показаны корпус часов 22, лапки корпуса часов 21, ремешок 29, радиатор корпуса 23, заводная головка 30, нагреватель 4.
На фиг. 12 показан вид сбоку наручных часов с тепловым двигателем Стерлинга в исполнении с эргономичной задней крышкой нагревателя, которая облегает кисть руки и способствует лучшему съему тепла и ремешка/браслета с теплопроводной подложкой для увеличения площади съема тепла. Ремешок/браслет в данном варианте конструкции крепится не к корпусу часов, а к задней крышке. На фигуре показаны: корпус 22, лапки корпуса 21, ремешок 29, радиатор корпуса 23, заводная головка 30, нагреватель 4, теплопроводная подложка ремешка 31.
На фиг. 13 показан общий вид часов с тепловым двигателем Стерлинга на котором показаны: корпус 22, заводная головка 30, ремешок 29, циферблат 24, часовая стрелка 28, минутная стрелка 27.
На фиг. 14 показан вид сбоку, в разрезе, часов вмонтированных в стену, где показаны нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, передняя крышка 42, несущий корпус 43, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, керпичная стенка 45, теплоизоляция 46.
На фиг. 15 показан вид спереди часов вмонтированных в стену, где показаны передняя крышка 42, циферблат 24, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, керпичная стенка 45.
На фиг. 16 показан вид сбоку, в разрезе, настенных часов, где показаны нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, передняя крышка 42, несущий корпус 43, корпус 22, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28.
На фиг. 17 показан вид спереди настенных часов, где показаны передняя крышка 20, циферблат 24, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, кирпичная стенка 30, средство крепления часов ку поверхности (стена) 51.
На фиг. 18 показан вид сбоку, в разрезе, часов фиксирующихся на ровной и гладкой поверхности (стекло), где показаны нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, передняя крышка 42, несущий корпус 43, корпус 22, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, крепление к ровной и гладкой поверхности (присоска) 45.
На фиг. 19 показан вид часов выполненных как единое целое с аквариумом, на котором показаны передняя крышка 42, циферблат 24, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, вода 47, стекло аквариума 48.
На фиг. 20 показан вид сбоку, в разрезе, часов выполненных как единое целое с аквариумом, на котором показаны где показаны нагреватель-теплосъемник 4, охладитель 5, теплообменный цилиндр 6, дисплейсер-вытеснитель 7, передняя крышка 20, несущий корпус 42, корпус 22, радиатор корпуса 23, циферблат 24, стекло 25, часовой механизм 26, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, вода 47, стекло аквариума 48.
На фиг. 21 показан вид часов выполненных на лампе, где показаны передняя крышка 42, циферблат 24, минутная стрелка 27, часовая стрелка 28, корпус светильника 49, лампочка 50.
Осуществление полезной модели
Следует понимать, что данное описание служит только для иллюстрации осуществления полезной модели, и ни в какой мере не ограничивает объема настоящей полезной модели.
В основе конструкции двигательной установки Стирлинга лежат принцип разделения горячей и холодной рабочих полостей и способ, с помощью которого рабочее тело направляется из одной полости в другую. Тепловой двигатель Стирлинга представляет собой механизм преобразования разницы температур в энергию механического движения, в частном случае во вращение маховика или выходного вала, сопряженного с передаточным механизмом.
Передаточный механизм преобразует движение (вращательное, возвратно-поступательное) поступающее с двигателя Стирлинга во вращение заводного вала или вала барабана часов, также как и известные механизмы автоподзавода часов. Все остальные элементы кинематической схемы выполняют те же функции как в обычном часовом механизме.
Часовой механизм может быть базовым, серийно выпускаемым, как в стандартном исполнении, так и с дополнительной доработкой, например фрикционным внешним концом заводной пружины, для обеспечения «бесконечного завода» пружины и предотвращения ее поломки или перенапряжения.
Тепловой двигатель Стирлинга представляет собой тепловую машину, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объеме. Принцип его действия основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объема рабочего тела. Может работать не только от сжигания топлива, но и практически от любого источника тепла [8]. В моделях двигателей Стирлинга, где теплообменный цилиндр не имеет качественного нагревателя рабочее тело разогревается не полностью, но поскольку давление в газах распространяется равномерно во все стороны его изменение оказывает действие и на рабочий поршень, заставляя его двигаться и совершать работу.
В качестве теплового двигателя, в частности, может быть использован тепловой двигатель Стирлинга типа гамма. Он прост в изготовлении, низкотемпературный, низкооборотистый и, как показывают результаты многочисленных опытов, может работать на малом градиенте температур (3-4 градуса Цельсия).
Двигатель Стирлинга типа гамма состоит из двух цилиндров (Фиг. 4).
Большой цилиндр - это теплообменный цилиндр 6. Его задача поочередно разогревать и охлаждать рабочее тело. Для этого один торец цилиндра разогревают - это нагреватель 4, другой торец - охлаждают - это охладитель 5. Боковые стенки теплообменного цилиндра 8 выполнены из материала с низкой теплопроводностью. Большой поршень - дисплейсер-вытеснитель 7 выполненный из теплоизоляционного материала, свободно перемещается в теплообменном цилиндре и выполняет роль теплового клапана, пегегоняющего рабочее тело то к холодному, то к горячему торцу теплообменного цилиндра 6.
Малый цилиндр 1 является рабочим. Поршень рабочего цилиндра 3 плотно подогнан к рабочему цилиндру 1.
Поршень рабочего цилиндра 3 имеет шток 19, который через шарнир 18, соединен с шатуном 17, соединенным через шарнир 13 с кривошипом 15.
В свою очередь дисплейсер-вытеснитель 7 имеет шток 9, который через шарнир 12, соединен с шатуном дисплейсера 16, соединенным через шарнир 14 с кривошипом 15.
Шток 19, шарнир 18, шатун 17, шарнир 13, шток 9, шарнир 12, шатун 16, шарнир 14 кривошип 15 - представляют собой кривошипно-шатунный механизм, предназначенный для преобразования возвратно-поступательного движения поршней 3 и дисплейсера-вытеснителя 7 во вращательное движение кривошипа 15.
Кривошип 15 кинематически, (на схеме соосно), соединен с маховиком 11. Маховик 11 предназначен для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня и дисплейсера.
Двигатель Стирлинга гамма типа работает следующим образом:
Цикл Стирлинга основан на последовательном нагревании и охлаждении газа (его называют рабочим телом) в замкнутом объеме. Рабочее тело нагревается в горячей части двигателя, расширяется и производит полезную работу, после чего перегоняется в холодную часть двигателя где охлаждается, сжимается и снова подается в горячую часть двигателя. Цикл повторяется.
Количество рабочего тела остается неизменным, меняется его температура, давление и объем.
Весь цикл условно разделен на четыре такта (фиг. 5-8). Условность заключается в том, что четкое разделение на такты в цикле отсутствует, процессы переходят один в другой. Это обусловлено отсутствием в конструкции двигателей Стирлинга клапанного механизма. Особенности функционирования двигателя Стирлинга в конкретных тактах движения показаны на фиг. 5-8.
Кроме двигателя Стирлинга типа гамма могут быть также использованы двигатели Стирлинга свободно поршневого типа и роторного типа, известные из уровня техники [9].
В двигателе Стирлинга свободно поршневого типа, известного как двигатель Била или двигатели Стирлинга альфа типа, есть три основных элемента: тяжелый рабочий поршень, легкий вытеснитель и цилиндр с уплотнениями на обоих концах, шток вытеснителя относительно большого диаметра проходит через рабочий поршень. Шток вытеснителя полый, с открытым торцом, так что внутренняя полость вытеснителя соединена (и фактически является ее частью) с полостью, расположенной ниже рабочего поршня, называемой буферной полостью. К рабочей полости относится часть цилиндра над рабочим поршнем, подразделяемая на полость сжатия - между рабочим поршнем и вытеснителем и полость расширения - над вытеснителем. Длинная узкая кольцевая щель между цилиндром и вытеснителем выполняет функцию регенератора между горячей полостью расширения и холодной полостью сжатия. Для полости расширения предусмотрен нагреватель, а для полости сжатия - холодильник.
В данном двигателе используется один цилиндр, но с двумя поршнями-дисплейсером и рабочим поршнем, расположенными первый над вторым по оси цилиндра. Шток дисплейсера проходит через крышку рабочего поршня и внутри его штока. Для обеспечения герметичности используются сальники. С одного края к цилиндру подводят тепло, с другой - охлаждают (на схеме зоны нагрева, регенерации и охлаждения вынесены в отдельный агрегат). Стенки рабочего поршня плотно прилегают к цилиндру. Дисплейсер - напротив - свободно движется в рабочем цилиндре. Дисплейсер выполнен из материала, имеющего низкую теплоемкость и выполняет роль "теплового клапана". Он перемещает рабочее тело из горячей полости цилиндра в холодную и обратно, препятствуя наступлению термодинамического равновесия переноса тепла в системе. Рабочее тело либо нагревается (дисплейсер при этом нахордится в нижней мертвой точке), либо охлаждается (дисплейсер - в верхней мертвой точке). За счет этого обеспечивается циклический перепад давления в системе, преобразуемый затем рабочим поршнем в полезную работу. Нерабочий объем минимизирован за счет размещения вытеснителя и рабочего поршня в одном цилиндре, что позволяет выиграть в мощности на единицу объема двигателя. Сложность изготовления и обеспечения смазки и герметичности в сальниках таких двигателей - основной их недостаток.
В двигателе Стирлинга роторного типа, в отличие от классической схемы теплообменного цилиндра, где дисплейсер совершает возвратно-поступательные движения, функцию "теплового клапана" выполняет нессиметричный ротор. Вращаясь по оси он поочередно перекрывает горячую и холодную зоны, вызывая нагрев и охлаждение рабочего тела. Роторные Стирлинги отличаются более компактными размерами и могут быть выполнены полностью герметичными. Для этого в корпусе двигателя размещают генератор, или выводят механический привод через магнитную муфту.
Недостатками двигателя роторного тип является сложность в обеспечении нагрева и охлаждения теплообменного цилиндра, поскольку в отличии от стандартного гамма-стирлинга нагревать и охлаждать приходится не торцы цилиндра а боковые стенки. Вследствие этого теплопотери могут увеличиваться.
При реализации полезной модели возможно использование как отдельно выпускаемого часового механизма, так и механизмов готовых кварцевых, механических, наручных, настенных, настольных часов.
В качестве механического аккумулятора может использоваться обычный пружинный двигатель часов со спиральной пружиной или разработанное ранее автором устройство для аккумулирования и передачи механической энергии в механизме часов, содержащее пару винт-гайка, состоящую из винта, на поверхности которого выполнены цилиндрические канавки, и зубчатой гайки, и витую цилиндрическую пружину, в котором вращательное движение завода часового механизма, осуществляющее сжатие витой цилиндрической пружины, расположенной на винте пары винт-гайка, в результате вращательного движения винта и поступательного движения зубчатой гайки вдоль винта преобразуется в поступательное движение сжатия витой цилиндрической пружины, аккумулируя энергию, которая при роспуске витой цилиндрической пружины преобразует поступательное движение витой цилиндрической пружины во вращательно-поступательное движение зубчатой гайки по цилиндрическим винтовым канавкам, предназначенным для выравнивания момента вращения, а вращательно-поступательное движение зубчатой гайки посредством ее зацепления с зубчатым колесом, расположенным на валу с возможностью перемещения, которое обеспечивается вилкой, помещенной поверх зубчатой гайки и зубчатого колеса, преобразуется в равномерное вращательное движение зубчатых колес [10].
В качестве вариантов исполнения отдельных элементов корпуса, деталей, узлов часов могут быть использованы различные известные и традиционные для часового производства технологии, материалы и конструктивные решения, обычно применяемые в часовой технике [11, 12, 13, 14].
Таким образом обеспечивается достижение требуемого технического результата, а именно обеспечение автоматического завода и подзавода двигателя часового механизма при отсутствии внешнего воздействия пользователя посредством использования разности температур различных областей пространства относительно корпуса часов, в частности с получения энергии для хода, завода и подзавода наручных часов от разности температур от поверхности или пространства со стороны задней части часов и температуры от поверхности или пространства со стороны передней (лицевой) части часов (циферблат и боковые стороны корпуса часов); повышение точности, надежности и долговечности часового механизма за счет использования механизма автоматического привода, основанного на использовании теплового двигателя. Как следует из описания и сущности полезной модели оно также обеспечивает увеличении мощности автоматического подзавода и возможности использования в качестве привода дополнительных устройств в часах.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки полезной модели являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели полезной модели, но и позволяют реализовать его промышленным способом.
Кроме этого анализ совокупности существенных признаков полезной модели и достигаемого при их использовании единого технического результата показывает наличие единого замысла, тесную и неразрывную связь между способом автоматического приведения в движение механических часов, механические часы с автоматическим приводом и автоматический привод механических часов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. http://bse.sci-lib.com/article121589.html Часы (прибор). Большая Советская Энциклопедия
2. http://www.watches.ru/index.php?page=30&art=55
3. http://remontchasov.ucoz.ru/index/avtopodzavod_v_chasakh/0-45.
4. Аксельрод M. Теория и проектирование приборов времени. «Машиностроение», Ленинград, 1969, с. 45-47
5. SU 146702, опубликовано БИ №8 за 1962 г.
6. Тарасов С.В. Приборы времени. Москва, «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1976, с. 39-40.
7. SU 354392 G04B 3/12 опубл. 01.01.1972.
8. Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга. пер. с англ. М. Энергия 1978 г; Двигатели Стирлинга. Под. ред. Круглова М.Г. М. Машиностроение. 1977 г.; Двигатели Стирлинга. Сборник статей. Пер.с англ.Сутугина Б.В.; Под. ред. Бродянского В.М. М. Мир. 1975 г; Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. М. Мир 1986 г.; Уокер Г. Двигатели Стирлинга. Перевод с английского. М. Машиностроение 1985 г.
9. http://www.stirlingmotors.ru/Pages_pikch/Bill_engine.htm
10. RU 2012105052 G04B 3/00 опубл. 20.08.2013.
11. Харитончук А.П. Справочная книга по ремонту часов, М., 1977, стр. 18, 21.
12. Романов А.Д. Проектирование приборов времени. М., 1975, стр. 140.
13. Тарасов С.В. Технология часового производства, М., 1963.
14. Попова В.Д., Гольдберг Н.Б. Устройство и технология сборки часов. М., 1989