МЕХАНИЗМ ИНДИКАЦИИ ВРЕМЕНИ ГИБКИМ ИНДИКАТОРНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ НА ИНДИКАТОРНОМ ВАЛУ И ЧАСЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ТАКОЙ МЕХАНИЗМ
MECHANISM OF INDICATING TIME BY FLEXIBLE INDICATING ELEMENT ON INDICATOR SHAFT AND CLOCK CONTAINING SUCH MECHANISM

Область техники
Изобретение относится к приборам для измерения времени, в частности к часовым механизмам, и может быть использовано в часовой промышленности при производстве как переносных, так и стационарных часов, индикация часа на которых выполнена в виде гибкого элемента на валу.
Уровень техники
Как известно, в основе работы часового механизма лежит аккумулирование механической энергии во время завода часов и передачи ее механизму в течение хода часов. Для этих целей предназначен двигатель часового механизма. При этом необходимым является требование равномерности передачи энергии на установленном промежутке времени продолжительности хода часов, которая характеризуется постоянством крутящего момента, обеспечиваемого двигателем на центральном колесе механизма.
Также известно, что стандартный часовой механизм аналоговых механических часов имеет стрелочную передачу, которую иначе называют вексельной. Стрелочный механизм, передающий движение от основной колесной системы стрелкам, состоит из системы зубчатых колес и трибов. К стрелочному механизму относятся следующие детали: минутный триб (минутник), часовое колесо, вексельное колесо с вексельным трибом, переводное колесо. При этом колеса и трибы стрелочной передачи не имеют собственных осей. Принцип работы стрелочного механизма во всех часах обычно один и тот же. В отличие от передаточного механизма часов в стрелочном механизме ведущим звеном является триб, а ведомым - колесо.
Стрелочный механизм служит в часах для непрерывного счета количества колебаний, совершаемых регулятором, и показа этого счета в общепринятых единицах времени (час, минута) при помощи стрелок, совершающих непрерывное движение.
В обычных часах с 12-часовым циферблатом, стрелочный механизм выполняют с возможностью совершения часовой стрелкой двух полных оборотов в сутки. В этом случае передаточное отношение между минутным трибом и часовым колесом равно 12. При этом циферблат, на котором происходит индикация времени, разделен на секторы, а цифры времени (часа) расположены в каждом из этих секторов.
Однако такого рода стандартное выполнение затрудняет индикацию времени людям с ограниченными возможностями, например, слабовидящим.
Из уровня техники известен механизм с "прыгающим" часом (Heure Sautante - фр.). Такого рода часы не имеют часовой стрелки, а индикация часа осуществляется путем отображения цифр часа в окошке-апертуре в "положении 12". При переходе минутной стрелкой 12-часовой отметки значение часа в окошке мгновенно изменяется. Широкое распространение часы с цифровой индикацией получили в период бурного развития серийного производства механизмов (вторая половина XIX в.). В 1885 году такие часы выпустила компания IWC.
Секундная стрелка располагалась традиционно внизу. Несмотря на интересность идеи, такая конструкция часов была вытеснена обычной аналоговой. Впоследствии, уже в XX веке, часы вновь появились часы с так называемой "смешанной" цифроаналоговой индикацией. Так, в 20-30-е годы появилось множество карманных и наручных часов с центральной минутной стрелкой, а также апертурой часов в положении "12 часов". Посильный вклад в продвижение такой конструкции часов тогда внесли Audemars Piguet, Rolex, а также некоторые другие швейцарские компании.
Известны часы по патентному документу WO 97/40424, которые имеют усложненный механизм, позволяющий отображать в отдельной апертуре значение часа, причем апертура располагается в районе «12 часов». Минутная индикация в часах осуществляется на половине циферблата, а секундная индикация также осуществляется в отдельной апертуре. При прохождении минутной стрелки через отметку «60 минут» счетчик часов скачком переходит на следующее значение. Механизм этого усложнения состоит из диска со значениями часов и механизмом их моментальной смены.
Основная трудность при создании такого механизма состоит в том, что в отличие от индикации даты или дня недели, показания которых меняются плавно, «прыгающий час» меняется мгновенно, а ход стрелок при этом остается плавным.
Однако известный механизм не позволяет выполнить апертуру для индикации часа больше сектора часового индикаторного диска, что обусловлено конструкцией часов с цифровой индикацией. При этом любое незначительное увеличение цифр часа, нанесенных на индикаторный диск, влечет за собой непосредственное увеличение этого индикаторного диска, предназначенного для индикации часа, и как следствие - увеличение габаритов устройства часов в целом. Кроме этого, следует учитывать, что сам по себе механизм мгновенной смены часа является сложным устройством.
Эти же недостатки присутствуют у других известных из уровня техники часовых механизмов, например, известных из патентных документов ЕР 1321831 А1, DE 1020284.
Вместе с тем, часы по настоящему изобретению лишены вышеуказанных недостатков и имеют ряд преимуществ перед традиционными моделями. Большая (по сравнению с аналогами) цифра часа на апертуре циферблата легко читается. Кроме того, для людей с плохим зрением нет путаницы с определением времени, когда цифра часа в апертуре не может быть должным образом идентифицирована слабовидящими из-за ее мелкого размера. Вместе с тем, по сравнению с известными решениями, заявленное устройство часов имеет апертуру, площадь которой может составлять до 85-90% от площади циферблата. В данном случае апертурой можно, например, назвать не окно в циферблате, а, например, окно в корпусе часов. При этом площадь этого окошка может составлять до 85-90%. При этом непосредственно сами цифры индикатора часа зависят от размера всего индикаторного барабана. Как следует из вышеизложенного, в заявленном решении предложен принципиально новый способ выполнения механизма индикации и непосредственно самого индикатора.
Таким образом, техническая задача, решаемая настоящим изобретением, и технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается создании принципиально нового механизма индикации времени часа при помощи гибкого элемента на валу. Такое выполнение позволяет существенно снизить износ элементов часового механизма за счет исключения механизма мгновенного переключения диска индикации, который подвергается большой механической нагрузке и трению, так как при резком переключении часа необходимо было сохранить плавное движение системы минутной индикации. Кроме этого, заявленное устройство имеет более высокие эксплуатационные качества, так как имеет только одну легкозаменяемую подвергающуюся износу деталь - гибкий индикаторный элемент.
Раскрытие изобретения
Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются тем, что механизм индикации времени гибким индикаторным элементом на индикаторном валу содержит индикаторный валик, гибкий индикаторный элемент, систему укладки и подачи гибкого индикаторного элемента, причем индикаторный валик выполнен с возможностью перемещения вдоль своей оси и/или вращения вокруг своей оси, при этом гибкий индикаторный элемент и индикаторный валик сцепляются друг с другом с возможностью формирования на индикаторной области индикаторного валика изображения римских чисел часа.
Кроме этого, система укладки и подачи гибкого индикаторного элемента состоит из укладывающего элемента, направляющего элемента и устройства намотки/размотки гибкого индикаторного элемента.
Также система укладки и подачи гибкого индикаторного элемента состоит из подвижной укладывающей каретки с направляющим отверстием, резьбового вала и катушки для намотки/размотки гибкого индикаторного элемента, при этом укладывающая каретка перемещается вдоль резьбового вала и катушки.
Кроме этого, система укладки и подачи гибкого индикаторного элемента состоит из неподвижной укладывающей каретки с направляющим отверстием и катушки для намотки/размотки гибкого индикаторного элемента, при этом индикаторный валик осуществляет перемещение вокруг и вдоль оси вращения.
При этом индикаторный валик может иметь рельефную поверхность.
При этом индикаторный валик может быть выполнен прорезиненным.
Также индикаторный валик может иметь пупырчатую поверхность, или клейкую поверхность, или шероховатую поверхность.
При этом гибкий индикаторный элемент может быть выполнен прорезиненным.
В качестве гибкого индикаторного элемента могут быть использованы или нить, или веревка, или шнур, или трос, или цепь, или лента.
Кроме этого, укладывающая каретка перемещается вдоль резьбового вала, совершая движение «вперед-назад».
При этом гибкий индикаторный элемент закреплен одним концом на индикаторном валу, а другим концом - на системе укладки и подачи гибкого индикаторного элемента.
Также гибкий индикаторный элемент формирует на индикаторной поверхности индикаторного вала изображение римского числа, указывающего час.
Поставленная цель, требуемый и получаемый при использовании изобретения технический результат достигаются тем, что часы содержат корпус, циферблат с апертурой, средство индикации времени, часовой механизм, при этом средство индикации времени содержит механизм индикации времени, выполненного по любой вышеуказанной конструкции.
При этом часы могут быть как механические, так и электромеханические.
Также часы могут быть как стационарные, так и переносные.
Кроме этого, апертура циферблата может занимать до 90% от площади циферблата.
При этом корпус часов выполнен с возможностью установки индикатора времени, занимающего до 90% площади циферблата.
При этом часы содержат дополнительно один или несколько других известных указателей времени, в том числе минут, секунд и календаря.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Конструктивно в показанных на чертежах предпочтительных, но не единственно обязательных, вариантах исполнения заявляемые часы с индикацией времени с помощью гибкого элемента на валу включают следующие детали:
1 - индикаторный валик.
2 - индикаторная область на валике.
3 - римские цифры часа образуемые индикацией.
4 - ось индикаторного вала.
5 - индикаторный гибкий элемент.
6 - отверстие укладывающей каретки.
7 - резьбовой вал.
8 - укладывающая каретка.
9 - ось резьбового вала.
10 - направляющий вал каретки.
11 - ось катушки.
12 – катушка.
13 - заводная головка.
14 – ремешок.
15 - минутная стрелка.
16 - минутный циферблат.
17 - корпус часов.
18 - кулачок числа XI количества вращения индикаторного валика
19 - кулачок числа XI количества вращения резьбового вала
20 - гребенка
21 - первый триб редуктора
22 - колесо редуктора
23 - второй триб редуктора
24 - считывающий палец гребенки
25 - ось кулачка
На фиг. 1 показан внешний вид наручных часов с индикацией часа с помощью гибкого элемента на валу.
На фиг. 2 показана конструкция кинематики механизма индикации часа с помощью гибкого элемента на валу.
На фиг. 3 показан вариант выполнения индикаторного валика, имеющего рельефную поверхность для обеспечения сцепления с гибким индикаторным элементом.
На фиг. 4 показан вариант формирования на индикаторном валике при помощи гибкого индикаторного элемента римской цифры XI.
На фиг. 5 представлены варианты индикации каждого часа (от I до XII) на индикаторном валике при помощи гибкого индикаторного элемента.
На фиг. 6 показан внешний вид наручных часов с индикацией часа с помощью гибкого элемента на валу (вид сбоку).
На фиг. 7 приведена блок-схема для часов как полностью механических, так и электронно-механических с использованием заявленного механизма индикации.
На фиг. 8 представлена блок-схема для часов с электромеханическим приводом.
На фиг. 9 приведен расчет и внешний вид кулачка В1 для формирования числа XI на индикаторной поверхности.
На фиг. 10 приведено построение кулачка В2 для формирования числа XI на индикаторной поверхности.
На фиг. 11 представлен вариант механизма преобразования величин выступов кулачков во вращение индикаторного валика.
Таблица 1 с количеством вращения (для примера рассчитано формирование цифры XI на индикаторном валике).
Осуществление изобретения
Главной отличительной особенностью заявленного устройства является возможность отображения времени при помощи раздельной индикации часа и минут, причем индикация часа осуществляется ни стандартным стрелочным механизмом, ни при помощи дисковой индикации, а при помощи гибкого индикационного элемента на индикаторном валу.
Как указывалось выше, известный механизм индикации с «прыгающим часом» не имеет часовой стрелки, а индикация часа осуществляется посредством дисковой индикации, причем на апертуре циферблата при смене часа осуществляется мгновенное изменение цифры часа. В отличие от известных решений предложенная конструкция механизма индикации имеет принципиально новый принцип реализации.
Как показано на фиг. 2, индикация часа осуществляется при помощи гибкого индикаторного элемента 5, который одним концом закреплен на индикаторном валике 1 и который наматывается на индикаторный валик 1. В качестве гибкого индикаторного элемента могут быть использованы нить, веревка, шнур, трос, цепь, лента и т.п. Индикаторный валик 1 содержит индикаторную область или поверхность 2, на которой формируется изображение римских чисел часа. Следует учитывать, что индикаторный валик 1 и гибкий индикаторный элемент 5 должны сцепляться друг с другом. Для этого либо гибкий индикаторный элемент 5 может быть выполнен прорезиненным, либо индикаторный валик 1 может быть выполнен прорезиненным. Кроме этого, индикаторный валик 1 может иметь рельефную поверхность, имеющую высокие сцепляющие свойства. Например, индикаторный валик 1 может быть выполнен с выступающими элементами, как показано на фиг. 3. Также индикаторный валик 1 может иметь или пупырчатую поверхность, или клейкую поверхность, или шероховатую поверхность.
Как следует из фиг. 2, для формирования изображения римских чисел часа необходимо использовать систему укладки и подачи гибкого индикаторного элемента на индикаторном валике. В качестве примера на фиг. 2 приведена подвижная укладывающая каретка с отверстием и винтовой, резьбовой вал. В данном случае выполнения для формирования изображения римских чисел часа один конец гибкого индикаторного элемента 5 закреплен на индикаторном валике 1. Второй конец индикаторного элемента 5 проходит через отверстие 6 укладывающей каретки 8 и закреплен на катушке 12. Укладывающая каретка 8 осуществляет возвратно-поступательное движение вдоль оси 9 винтового вала 7. При этом задающее движение, вращение винтовому валу подается от часового механизма и системы управления ( не показано). Катушка 12 в данной конструкции механизма индикации обеспечивает разматывание и наматывание гибкого индикаторного элемента, а также его натяжение, и может быть подпружинена, например, спиральной пружиной.
Однако следует понимать, что сама по себе реализация системы укладки и подачи гибкого индикаторного элемента может быть разной. В представленном варианте направляющая каретка является подвижной, а индикаторный валик совершает только вращение вокруг своей оси. Специалисту очевидно, что также возможна реализация, например, системы укладки, в которой каретка будет неподвижной, а индикаторный валик подвижным, причем индикаторный валик одновременно вращается и перемещается вдоль оси вращения. Кроме этого, вместо вращения резьбового вала и для перемещения индикаторного валика вдоль оси может быть использован любой другой известный способ перемещения вдоль оси - например, реечная передача, шотландский механизм и другие.
Работа заявленного механизма индикации от часового механизма осуществляется следующим образом. На фиг. 7 показана общая блок-схема для часов как полностью механических, так и электронно-механических. При этом система управления получает каждый час сигнал от часового механизма и включает в себя:
- программное устройство, выполненное на электронной базе, в котором прописан алгоритм работы шаговых двигателей или программные кулачки, в случае с механическим приводом;
- устройства приведения в движение механизма индикации, в случае электронном - это шаговые двигатели, которые отвечают за вращение вала и перемещение, укладывание гибкого элемента на валу,
а в случае механическом - это приводимая в движение от основного или дополнительного механического двигателя колесная система, приводящая в движение индикаторный валик и обеспечивающая перемещение гибкого элемента вдоль оси вращения индикаторного вала.
Может включать в себя механизм переключения программных кулачков, механизм их вращения и редуктор. Включается в начале каждого часа.
Один из вариантов реализации механизма индикации изображен на фиг. 2 и предназначен для преобразования движения от системы управления в движение и положение гибкого элемента на индикаторном валу. Индикатором является индикаторная область на валу и гибкий элемент, сформировавший изображение на этой индикаторной области индикаторного валика.
Рассмотрим один из возможных вариантов исполнения системы управления для часов с электронно-механическим приводом. С выхода устройства передается вращение на механизм индикации, например, изображенный на фиг. 2. Как показано на фиг. 8, часовой механизм со средством индикации содержит генератор тактовой частоты, делитель частоты, счетчик часов, блок управления двигателем, шаговый двигатель 1 и шаговый двигатель 2.
Генератор тактовой частоты вырабатывает синусоидальные колебания с частотой 32 768 Гц. Для получения высокостабильных колебаний в качестве задатчика опорных колебаний применяется кварцевый резонатор. На практике широко применяется способ построения генератора по схеме Пирса на основе несимметричного мультивибратора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи. При использовании данной схемы нет необходимости в специальном каскаде формирования импульсов, поскольку сигналы на выходе мультивибратора приближаются по форме к прямоугольным импульсам. В схеме генератора может быть предусмотрена подстройка частоты, а следовательно, и точности хода.
Делитель частоты, состоящий из последовательно включенных триггеров, служит для получения импульсов с частотой 1 Гц, получающихся путем последовательного деления на 2 частоты генератора 32 768 Гц. С промежуточных выходов делителя снимаются сигналы, используемые для управления индикаторами (32, 64 Гц) и часами (1, 2, 8 Гц). Импульсы с частотой 1 Гц поступают на вход блока счетчиков.
Блок счетчиков часа, как и делитель частоты, состоящий из триггеров, служит для счета времени. Счетчик состоит из нескольких последовательно включенных триггеров и характеризуется коэффициентом счета, значение которого определяется местом данного счетчика в схеме блока. На выходе этого счетчика формируется импульс с периодом повторения в 1 час.
Блок управления двигателями в начале каждого часа получает сигнал от счетчика часов и преобразует его в последовательность электрических импульсов, которые поступают на шаговые электродвигатели ШД1 и ШД2. При этом вращение шаговых двигателей синхронизировано. В блок управления запрограммирована длина и последовательность импульсов для обеспечения заданной скорости и количества вращения (угол поворота оси) шаговых двигателей для индикации каждого часа. Как пример количества вращения (углов поворота) приведена таблица 1.
В таблице 1 для примера в строке ФАЗЫ - показаны фазы намотки ИГЭ (индикаторного гибкого элемента) и формирования изображения числа XI на индикаторной поверхности индикаторного валика. Аналогичным образом составляются таблицы для всех чисел с I по XII.
В строке В1 - показаны углы поворота вала 4 в градусах по фазам - для формирования на индикаторной поверхности индикаторного валика изображения числа XI. В строке В2 - показаны угол поворота резьбового вала 9 в градусах по фазам - для формирования на индикаторной поверхности индикаторного валика изображения числа XI. Причем при обратном, реверсивном вращении мы указываем отрицательное значение угла поворота (-360).
Теперь рассмотрим вариант выполнения заявленного устройства при использовании механической системы управления. В этом случае возможно использование кулачковой системы, позволяющей механически преобразовать заданную высоту выступов кулачков в заданное количество вращения (угол поворота), необходимое для формирования изображения на индикаторном валике. Для примера разберем построение кулачков также для числа XI.
Кулачок В1 выполнен для формирования на индикаторной поверхности индикаторного валика изображения числа XI. Из центра окружности отходят девять лучей, соответствующие девяти фазам, от «а» до «и». Также построим несколько окружностей с шагом в 360°. Укажем девять точек на пересечении лучей и значениям в строке В1 по таблице 1. Соединим точки кривой. Получим кулачок, внешний вид которого отображен на фиг. 9.
Для кулачка В2 построение выполняется аналогичным образом (см. фиг. 10).
На фиг. 11 представлен вариант механизма преобразования величин выступов кулачков во вращение индикаторного валика.
Кулачок 18 в начале 11-го часа совершает один оборот вокруг оси 25 против часовой стрелки. С поверхностью кулачка соприкасается палец 24 гребенки 20, которая в процессе вращения кулачка приподнимается и опускается на определенный угол. Зубчатая часть гребенки 20 выходит с зацеплением с первым трибом редуктора 21, на ось которого насажено колесо редуктора 22, которое передает вращение на второй триб редуктора 23. Триб редуктора 23 насажен на вал индикаторного валика 1. Редуктор 21, 22, 23 и гребенка 20 рассчитаны таким образом, чтобы обеспечить необходимое количество вращения индикаторного валика для всех чисел часа от I до XII. Максимальное количество вращения на индикаторном валике образуется при формировании числа VIII и может быть максимально равно 1800 градусам, т.е. составляет 5 полных оборотов. А минимальное - при формировании числа I.
Нужно отметить, что в механической системе возможно использование конструкции из 12 кулачков для 12 чисел для каждого привода (индикаторного вала и резьбового вала), так и использовании одного кулачка для каждого привода, на котором будут запрограммированы все 12 чисел по кругу. При использовании конструкции с 12 отдельными кулачками для формирования изображения числа каждого часа в часах может использоваться система переключения кулачков, где в начале каждого часа, в механизм преобразования величин выступов кулачков во вращение индикаторного валика подставляется кулачок, соответствующий заданному часу.
Вращение и остановка кулачков может управляться и осуществляться как отдельным механизмом с отдельным двигателем, как, например, в часах с боем, так и, например, напрямую от минутного колеса базового часового механизма, на оси которого расположена улитка и гребенка, которая, падая с улитки в начале каждого часа, вращает кулачки индикации. Кроме того, вращение индикаторного валика и движение системы подачи и укладки гибкого индикаторного элемента должно быть синхронизировано между собой, например жесткой кинематической связью. Также часы и механизм могут дополнительно содержать другие известные указатели времени, в том числе указатель минут, секунд и календаря.
Как следует из описания возможных выполнений заявленного изобретения, предложенное устройство индикации времени гибким индикаторным элементом на индикаторном валу обеспечивает достижение заявленного технического результата, а именно использование в наручных часах нового механизма индикации с использованием гибкого индикаторного элемента на валу. Такое выполнение позволяет увеличить размер чисел часа на индикаторной поверхности без увеличения габаритов устройства часов, снижается износ элементов часового механизма, а также обеспечивается более высокие эксплуатационные качества часов с таким механизмом индикации вследствие наличия только одного легкозаменяемого элемента.
Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление и промышленная реализация изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, решение поставленных изобретательских задач и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленное изобретение удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.
Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.