<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zum Anzeigen elektrischer Zeitsignale einer Uhr Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Anzeigen leistungsarmer elektrischer Signale, vorzugsweise aus niederfrequenten binären Vorgängen, die ein mindestens teilweise durchsichtiges, mit gegeneinanderge- schichteten, elektrisch leitenden Flüssigkeiten mindestens teilweise gefülltes Gefäss aufweist,
das mindestens drei hintereinander angeordnete und durch zwei Phasengrenzflächen voneinander getrennte Flüssigkeitsphasen umfasst und mindestens ein Teil seiner inneren Oberfläche im Kontakt mit der mittleren Flüssigkeitsphase liquiphobe Eigenschaften aufweist, und in dessen Inneres mindestens zwei Elektroden ragen, die ihrerseits mit den zwei äusseren, durch die mittlere Flüssig- keitsphase voneinander getrennten Flüssigkeitsphasen in Verbindung stehen. Eine derartige Einrichtung zum Anzeigen elektrischer Zeitsignale einer Uhr ist Gegenstand des Hauptpatentes Nr. 465 510.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gefässinnenraum mindestens einen Ringraum aufweist, der mit am Umfang verteilten, sich im Querschnitt erweiternden und wieder verengenden Raumteilen in Verbindung steht. Im Gefässinnenraum sind, zweckmässig durch Phasengrenzen voneinander getrennt, vorzugsweise Elektrolyt- flüssigkeit, Quecksilber, Elektrolytflüssigkeit und elektrisch isolierende Flüssigkeiten angeordnet, während die Gefässinnenwand bei sonst liquiphoben Eigenschaften liquiphile Ringzonen in den Bereichen der Querschnittserweiterungen aufweist.
Im Gefässinnenraum können auch, durch Phasengrenzen voneinander getrennt, Elektrolytflüssigkeit, Quecksilber, Elektrolytflüssigkeit, Quecksilber, Elektrolytflüssigkeit und elektrisch isolierende Flüssigkeit hintereinander angeordnet sein.
Die erfindungsgemässe Einrichtung eignet sich insbesondere zum Anzeigen leistungsarmer elektrischer Zeitsignale einer elektronischen Armbanduhr und ist besonders einfach herzustellen.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbei- spiele mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung zum Anzeigen von Zeitsignalen einer Uhr.
Fig. 2 und 3 Querschnitte durch die Einrichtung nach Fig. 1 entlang den Schnittlinien 2-3 und 3-3, Fig. 4-6 Teilquerschnitte durch eine erfindungsgemässe Einrichtung abgewandelter Ausführungsform mit verschiedenen Stellungen der Flüssigkeitsphasen im Ge- fässinnenräum bei verschiedenen Polarisationszuständen, Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung von Zeitsignalen einer Uhr,
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung nach Fig. 7 und Fig. 9 einen Querschnitt durch eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 7. Die Einrichtung nach den Fig. 1 bis 3 weist eine kreisrunde Platte 1 mit einer zentralen Aussparung 2 auf. In der Oberfläche der Platte 1 befindet sich eine ringförmige, in sich geschlossene Vertiefung 3 mit zwölfmal wechselnden Querschnitten. Bestimmten Querschnitten der Vertiefung sind Zeitziffern 4 auf der Platte zugeordnet.
Die Vertiefung 3 kann ebenso wie die Zeitziffern 4 in die Oberfläche der Platte 1 beispielsweise eingeätzt, eingraviert oder eingedrückt sein. In die Platte 1 sind, am Umfang gleichmässig verteilt, sechs Elektroden 5-10 eingelassen, die sich in den Bereich der Vertiefung 3 erstrecken. Die Vertiefung 3 ist mit einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit als Isolationsphase 11, mit Elektrolytflüssigkeit in drei voneinander getrennten Elektrolytphasen 12-14 und mit Quecksilber in zwei voneinander getrennten Quecksilberphasen 15 und 16 gefüllt.
Gegenüber den Flüssigkeiten dieser verschiedenen Phasen verhält sich die
<Desc/Clms Page number 2>
Oberfläche der Vertiefung 3 liquiphob. Die Vertiefung 3 ist durch eine mit der Platte 1 dichtschliessende Deckplatte 17 abgedeckt. Mindestens eine der beiden Platten soll aus durchsichtigem Material bestehen, beispielsweise aus einem durchsichtigen Kunststoff, dessen Oberfläche ohne besondere Behandlung gegenüber den in der Vertiefung befindlichen Flüssigkeiten liquiphob ist.
Wenn beispielsweise an den Elektroden 6 und 8 eine geeignete Spannung anliegt, bewegt sich die Quecksilberphase 15 unter den auf ihre Phasengrenzflächen durch Polarisation einwirkenden Kräften im Uhrzeigersinn so lange, bis die Phasengrenzfläche zwischen dieser Quecksilberphase 15 und der Elektrolytphase 13 ein Minimum erreicht hat. Durch die Quecksilberphase 15 werden auch die anderen Flüssigkeitsphasen in der ringförmigen Vertiefung 3 vorangetrieben.
Die Elektro- lytphase 13 und die Quecksilberphase 16 sollen nun so dimensioniert sein, dass die Phasengrenzfläche zwischen der Quecksilberphase 16 und der Elektrolytphase 14 - im Uhrzeigersinn gesehen - bereits jenseits einer Stelle in der Vertiefung 3 mit maximaler Querschnittsfläche Liegt, sobald die Phasengrenzfläche zwischen der Quecksilberphase 15 und der Elektrolytphase 13 eine Stelle mit minimaler Querschnittsfläche in der Vertiefung 3 erreicht hat. Die Fig. I zeigt eine derartige Stellung der Flüssigkeitsphasen, die beispielsweise durch Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung an die Elektroden 6 und 8 erreicht werden kann.
Wenn nunmehr die gleiche Spannung beispielsweise an die Elektroden 8 und 10 angelegt wird, treiben die aus den Oberflächenspannungen an den Phasen- grenzflächen der Quecksilberphase 16 resultierenden Kräfte die Flüssigkeitsphasen weiter im Uhrzeigersinn. Durch die hier beschriebenen Massnahmen wurden also die Flüssigkeitsphasen insgesamt um 30 Winkelgrade im Kreis bewegt.
Der in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Teil eines Kapillarrohres 18 weist Engstellen 19 sowie Stellen mit maximaler Querschnittfläche 20 auf und ist mit Quecksilber in einer Quecksilberphase 21 sowie mit Elektrolytflüssigkeit in zwei voneinander getrennten Elektrolytphasen 22 und 23 gefüllt. Das Kapillarrohr 18 verhält sich gegenüber den genannten Flüssigkeiten liquiphob und weist lediglich im Bereich maximaler Querschnittsfläche eine gegenüber den Elek- trolytphasen 22 und 23 liquiphile Ringzone auf, deren Zonengrenzen durch die Bezugsziffern 24 und 25 gekennzeichnet sind.
Die verschiedenen Flüssigkeitsphasen 21 und 23 bilden zwei Phasengrenzflächen 26 und 27 zwischen dem Quecksilber einerseits und den Elektrolytf;üssigkeiten anderseits.
Wenn die Phasengrenzflächen 26 und 27 geeignet polarisiert werden, so wandern sie in Längsrichtung gegenüber dem Kapillarrohr 18 nach links unter dem Einfluss der in ihnen wirkenden Oberflächenspannungen. Sobald die Phasengrenzfläche 26 hierbei gemäss der Darstellung nach Fig. 4 die Zonengrenze 24 überschreitet, wird sie ohne Energieumsatz plötzlich um die liquiphile Ringzone grösser. Gleichzeitig ändert sich auch der funktionelle Zusammenhang zwischen der Stellung der Quecksilberphase 21 und der Grösse der Phasengrenzfläche 26.
Aus diesem Grund ist es möglich, dass bei gleichbleibender Polarisation der Phasen- grenzflächen die Quecksilberphase 21 nicht in der in Fig. 4 dargestellten Stellung verharrt, sondern in eine der beiden in den Fig. 5 oder 6 dargestellten Gleich- gewichtsstellungen weiter wandert. In der Gleichgewichtsstellung nach Fig. 6 hat dann die Phasengrenz- fläche 27 bereits die Engstelle 19 überschritten.
Wenn nunmehr in der Stellung nach Fig. 6 die Polarisation der Phasengrenzflächen gewechselt wird, wandert die Quecksilberphase 21 so lange nach links weiter, bis die Phasengrenzfläche 26 die Engstelle 19 erreicht hat. Eine weitere Bewegung in Längsrichtung nach links erfolgt dann, wenn die Polarisation der Phasengrenzflächen verschwindet und die Quecksilberphase 21 die Gesamtheit ihrer Aussenfläche auf ein Minimum zu reduzieren sucht. Dieses Minimum ist erreicht, !sobald die Quecksilberphase im Bereich einer Stelle 20 mit maximaler Querschnittsfläche liegt.
Setzt sich also das Kapillarrohr 18 mit sich ständig wiederholender Formgebung, wie sie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist, weiter fort, so kann die Quecksilberphase 21 in diesem Kapillarrohr durch ständigen Wechsel der Polarisationszustände in den Phasengrenzflächen 26 und 27 beliebig schrittweise weitergetrieben werden. Selbstverständlich lässt sich auch das Kapillarrohr 18 in seiner verlängerten Form zu einem Ring schliessen und damit zu einer Einrichtung verwandeln, wie sie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist. Diese Einrichtung zur Anzeige elektrischer Signale einer Uhr weist dann nur eine Quecksilberphase, zwei Elektrolytphasen und eine dazwischen eingeschobene Isolationsphase auf.
Es wird darauf hingewiesen, dass neben der Polarisation lediglich die Formgebung des den Flüssigkeiten zur Verfügung stehenden Raumes die Gleichgewichtslage der Flüssigkeiten bestimmt. Wenn also den Flüssigkeitsphasen eine bestimmte Gleichgewichtsstellung aufgezwungen werden soll, kann es zweckmässig sein, die Formgebung des den Flüssigkeiten zur Verfügung stehenden Raumes durch Elektroden besonderer Formgebung zu bestimmen.
Bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 7 der Zeichnung sind in einem, vorzugsweise aus Kunststoffplatten zusammengesetzten Bauteil, welches eine Grundplatte 29 aufweist, sowohl ein ringförmiger kapillarer Kanal 30 als auch kreuzförmig miteinander verbundene kapillare Kanäle 31 angeordnet. Die Kanäle 31 münden in den ringförmigen Kanal 30. Für die Anwendung der erfindungsgemässen Einrichtung in einer Uhr sind vorzugsweise mindestens zwölf kreuzförmig zueinander angeordnete kapillare Kanäle 31 vorhanden, während in Fig. 7 im Interesse der Übersichtlichkeit nur vier derartige Kanäle dargestellt sind.
Jedem Kanal 31 ist in der dargestellten Weise eine Elektrode 32 zugeordnet. Jeder der Kanäle 31 weist unmittelbar vor der Einmündung in den ringförmigen Kanal 30 eine sich im Querschnitt erweiternde und wieder verengende Zone 33 auf. Die Sternmitte der Kanäle 31 ist mit Quecksilber 34 soweit gefüllt, dass dieses bis an die Zonen 33 heranreicht und diese teilweise füllt. Bewegliche Isolationsmittel 35 trennen die Einmündungen der Kanäle 31 in den ringförmigen Kanal 30. Die Isolationsmittel 35 können beispielsweise Gasblasen oder Tropfen einer elektrisch-isolieren- den Flüssigkeit sein. Der verbleibende Raum in den kapillaren Kanälen 30 und 31 ist mit einer oder mehreren Elektrolytflüssigkeiten ausgefüllt.
Die Funktionsweise der Einrichtung nach Fig. 7 ist an sich ohne weitere Erklärung erkennbar. Wenn beispielsweise die Elektrode 32 in Fig. 7 auf der linken Seite gegenüber allen anderen Elektroden mit dem richtigen Vorzeichen polarisiert wird, wandert das
<Desc/Clms Page number 3>
Quecksilber 34 nach links mindestens teilweise in die Zone 33 des entsprechenden Kanales 31 und zeigt damit den Polarisationszustand der entsprechenden Elektrode gegenüber den anderen Elektroden an.
Die Ausführungsform nach Fig. 8 der Zeichnungen unterscheidet sich gegenüber der der Fig. 7 lediglich in der Form der sternförmig miteinander verbundenen kapillaren Kanäle, die in Fig. 8 mit der Bezugsziffer 36 gekennzeichnet sind. Diese Kanäle 36 weisen dem Sternmittelpunkt unmittelbar benachbarte, sich erweiternde und wieder verengende Zonen 37 auf, die in Funktion und Form den Zonen 33 der Ausführungsform nach Fig. 7 gleichen können. Die Kanäle 36 sind im Sternmittelpunkt mit Quecksilber 38 ausgefüllt. In jedem Kanal 36 befindet sich ausserdem vor der Einmündung in den ringförmigen Kanal 30 ein Isolationsmittel 39 und in Richtung zum Sternmittelpunkt vor dem Isolationsmittel 39 eine Elektrode 40.
Die Funktionsweise der Einrichtung nach Fig. 8 unterscheidet sich grundsätzlich nicht von der der Einrichtung nach Fig. 7.
Die Einrichtung nach Fig. 9 der Zeichnungen unterscheidet sich von der nach Fig. 7 im wesentlichen dadurch, dass sternförmig aufeinanderzulaufende, kapillare Kanäle 41 in einen weiteren ringförmigen, kapillaren Kanal 42 einmünden. In diesem Kanal 42 befindet sich eine Elektrode 43. Jeder der Kanäle 41 weist eine Querschnittserweiterung und eine Querschnittsverengung auf und ist teilweise mit Quecksilber 44 gefüllt. Im übrigen sind in Fig. 9 gleiche Teile ebenso gekennzeichnet wie in Fig. 7.
Sowohl die elektrische Spannung zwischen einer der Elektroden 32 und der Gesamtheit der anderen Elektroden 32 als auch die elektrische Spannung zwischen einer Elektrode 32 und der Elektrode 43 kann in der Einrichtung nach Fig. 9 sichtbar gemacht werden.
Da sich bei einer Verschiebung des Quecksilbers in den Einrichtungen nach den Fig. 7 bis 9 auch die anderen Flüssigkeiten verschieben, bleibt es der Entscheidung des Fachmanns überlassen, ob dieser nun das Quecksilber als anzeigendes Medium oder beispielsweise dis sich bewegenden Isolationsmittel als Anzeige- medium verwenden will. Wenn die Isolationsmittel aus Flüssigkeitströpfchen bestehen, kann es zweckmässig sein, diese kontrastreich einzufärben und als Anzeigemedium zu verwenden. Insbesondere bei der Anwendung in. Uhren sind die Einrichtungen nach den Fig. 7 bis 9 abgedeckt mit Ausnahme von den Bereichen, in denen sich die Anzeigemedien bewegen.
Alle Einrichtungen gemäss der Erfindung sind vorzugsweise hermetisch verschlossen. Falls sie starken Temperaturänderungen ausgesetzt sind, dehnen sich die Flüssigkeiten in kapillaren Kanälen aus. Deshalb sollen gemäss einer besonderen Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens entweder die Gefässinnenräume bzw. die kapillaren Kanäle mindestens teilweise aus elastischen Wänden gebildet sein, oder sie sollen mit mindestens einem Ausdehnungsraum in Verbindung stehen. Dieser Ausdehnungsraum kann seinerseits aus dehnbaren Wänden gebildet sein oder er steht bei mittlerer Temperatur unter Vakuum leer, während er bei der höchst zulässigen Temperatur mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Wenn die Isolationsmittel in den kapillaren Kanälen bzw. in dem Gefässinnenraum aus Gasblasen bestehen, können sich die Flüssigkeiten unter Kompression dieser Gasblasen ausdehnen.