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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Druckmessung
für eine
Uhr mit Gehäuse,
wobei die Messvorrichtung einen Sensor, der dafür bestimmt ist, den Umgebungsdruck
zu messen, sowie ein Anzeigeorgan aufweist, das dafür bestimmt
ist, diesen Druck oder eine von diesem Druck abhängige Grösse anzuzeigen.
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Mit
einer Vorrichtung zur Druckmessung bzw. einem Tiefenmesser ausgerüstete Uhren
sind bekannt. Diese Vorrichtungen besitzen allgemein einen Sensor
mit einem beweglichen Teil, das sich relativ zu einer feststehenden
Unterlage bewegt, und weisen ein Abdichtorgan wie eine Dichtung
auf, die zwischen dem beweglichen Teil und der feststehenden Unterlage
angeordnet ist. Daher tritt unvermeidlich zwischen den Oberflächen der
Dichtung und der Unterlage eine Reibung auf. Diese Reibung ist gerade
vor dem Beginn der Bewegung des beweglichen Teils am grössten und
verringert sich dann bei der weiteren Bewegung. Man beobachtet also
ein anfängliches
Festsitzen oder Kleben des beweglichen Teils. Nach einer Zeit der
Nichtbenutzung kann dieses Kleben sehr erheblich werden. Für sehr genaue Messungen
ist dieses Phänomen
eines anfänglichen Festsitzens
nachteilig und verfälscht
die Messungen in signifikanter Weise.
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Die
Sensoren bekannter mechanischer Tiefenmesser weisen ausserdem eine
verhältnismässig komplizierte
Bauweise auf, um die Vorrichtungen mit gleitenden Teilen abzudichten.
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Die
vorliegende Erfindung hat das Ziel, diese Nachteile abzustellen,
und ist zu diesem Zweck durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale
gekennzeichnet, und zwar insbesondere dadurch, dass der Sensor ein
Drucksensorelement umfasst, das die Gestalt eines Faltenbalgs aufweist,
der unter der Einwirkung des Drucks einer Längsverformung in einer Längsrichtung
unterworfen werden kann, wobei das Druckmass eine Funktion der Grösse dieser
Längsverformung
ist.
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Dank
dieser Merkmale werden die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
der Messung über
den gesamten Druckmessbereich hiinweg deutlich verbessert, und zwar
selbst bei sehr geringen Druckveränderungen. Bei Verwendung des
Faltenbalges kann nämlich
der nachteilige Einsatz von Dichtungen an den gleitenden Teilen
vermieden werden. Ein anfängliches
Festsitzen und ein Kleben werden dadurch vermieden. Ausserdem kann
der Aufbau des Sensors vereinfacht werden, indem die Anzahl von
Bauteilen verringert werden kann. Die Funktionssicherheit und die
Dichtheit werden ebenfalls verbessert.
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Günstigerweise
weist der Faltenbalg eine allgemein zylindrische Gestalt auf, wobei
sich die Faltenbalgrippen ziehharmonikaartig mit Rillen abwechseln.
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Dadurch
gewinnt man ein besonders funktionelles Sensorelement.
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Bevorzugt
weist der Faltenbalg eine metallische Beschaffenheit auf und besteht
bevorzugt aus Nickel.
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Die
Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Sensorelements werden dadurch
stark verbessert.
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Vorteilhafterweise
besitzt der Faltenbalg einerseits eine solche radiale Starrheit,
dass er durch einen Druck von 10 bar radial nicht spürbar verformt wird,
andererseits hat er eine vorbestimmte Komprimierbarkeit in der Längsrichtung.
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Diese
Eigenschaften gewährleisten
eine hohe Messgenauigkeit.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
zufolge wird der Faltenbalg in ein Kapsellager montiert, das fest
mit der Uhr verbunden ist, wobei ein erstes Ende des Faltenbalges
dicht auf der Kapsel befestigt wird und ein zweites Ende des Faltenbalges
hermetisch durch einen Deckel verschlossen wird, der frei gleitend
im Lager montiert ist.
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Dank
dieser Eigenschaften ist der Aufbau des Sensors sehr rationell,
gewährleistet
dabei aber eine erhöhte
Sicherheit, Zuverlässigkeit
und Genauigkeit.
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Günstigerweise
stehen die Aussenseite des Faltenbalges und sein Deckel mit der
Aussenwelt in Berührung,
während
das Innere des Faltenbalges einen zentralen dichten Raum bildet,
in dem eine zentrale Welle angeordnet ist, die einerseits fest mit
dem Deckel verbunden ist, andererseits mit einer mechanischen Übertragungsvorrichtung
zusammenwirkt, die den Sensor mit dem Anzeigeorgan verbindet.
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Man
erhält
so einen Sensor, der eine sichere und genaue Funktion aufweist,
dabei aber eine geringe Anzahl von Bauteilen hat.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Sensor eine Rückstellfeder,
die die zentrale Welle umgibt.
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Der
Aufbau des Sensors ist somit sehr einfach und zuverlässig und
ermöglicht
die Messung von erhöhten
Drucken, die Tiefen von 100 m und mehr entsprechen.
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Einer
interessanten Ausführungsform
zufolge umfasst der Sensor eine Sicherungshülse, die im Lager befestigt
ist, wobei der Faltenbalg in die Sicherungshülse montiert und mit einem
vorstehenden Abschnitt versehen ist, der durch die Sicherungshülse dicht
gegen das Lager gedrückt
wird.
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Dank
dieser Eigenschaften sind Montage und Austausch des Sensors sehr
vereinfacht und schnell, wobei er aber eine erhöhte Dichtigkeit geniesst.
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Vorteilhafterweise
weisen das Lager und die Sicherungshülse eine hintere Öffnung auf,
durch die der Deckel des Faltenbalges manuell bewegt werden kann.
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Der
Benutzer kann so manuell die Funktion der beweglichen Elemente des
Tiefenmessers überprüfen, was
noch weiter zur Sicherheit der Tauchuhr beiträgt.
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Einer
besonders interessanten Ausführungsform
zufolge weist die Kapsel ein Fenster auf, durch das man das Sensorelement
beobachten kann.
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Diese
Eigenschaften gewährleisten
eine einfache visuelle Kontrolle des Sensors und daher eine verbesserte
Tauchsicherheit.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Uhr, die mit einer
Druckmessvorrichtung ausgerüstet
ist. Der Sensor dieser Messvorrichtung wird günstigerweise auf dem Mittelteil
auf der Aussenseite des Uhrgehäuses
angebracht und über
eine mechanische Übertragungsvorrichtung
mit dem im Inneren des Gehäuses
angeordneten Anzeigeorgan verbunden.
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Dank
dieser Eigenschaften werden räumliche
Beschränkungen
vermieden. Der Drucksensor kann leichter montiert, repariert und
ersetzt werden. Wegen seiner Aussenlage wird eine rasche und einfache
Kontrolle der Funktion des Sensors ermöglicht. Die Sicherheit der
Benutzung der Tauchuhr wird somit stark erhöht.
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Weitere
Vorteile gehen aus den Merkmalen hervor, die in den abhängigen Ansprüchen und
in der Beschreibung ausgedrückt
werden, die hierunter die Erfindung eingehender mit Hilfe von Zeichnungen darlegen,
die schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform der Erfindung darstellen.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform in Gestalt einer
Tauchuhr, die mit einem Tiefenmesser bzw. einer Tiefenmessvorrichtung
gemäss
der Erfindung ausgerüstet
ist.
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2, 3 und 4 sind
eine Vorderansicht, eine 9-Uhr-Seitenansicht und eine 12-Uhr-Seitenansicht.
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5 und 6 sind
Vorderansichten der Druck- bzw. Tiefenmessvorrichtung in ihrem zusammengebauten
Zustand bzw. auseinandergezogen.
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7 ist
eine Detailansicht der Druckmessvorrichtung.
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8, 9, 10 und 11 veranschaulichen
die mechanische Übertragungsvorrichtung
in vier unterschiedlichen Positionen, nämlich beim minimalen Druck,
bei 0 m Atmosphärendruck
(1 bar), beim maximalen Druck und bei 100 m (10 bar).
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Die
in 1 bis 4 veranschaulichte Uhr besteht
aus einer Tauchuhr 10 mit Gehäuse 11 und Mittelteil 12.
Ein Stundenzeiger 14 und ein Minutenzeiger 15 dienen
als Zeitanzeigeorgane 16. Letztere werden durch einen springenden
Sekundenzeiger 17 vervollständigt, der es erlaubt, kontinuierlich
die Funktion der Uhr zu beobachten.
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Die
Uhr ist ausserdem mit einer Stundenscheibe 18 von 24 Stunden
ausgerüstet,
die für
die Anzeige der Zeit in einer zweiten Zeitzone bestimmt ist. Eine
erste Krone 21 dient in bekannter Weise dem Aufzug des
Federhauses des Uhrwerks und dem Stellen der Uhr, während eine
zweite Krone 20 dafür bestimmt
ist, die Zeit der zweiten Zeitzone einzustellen.
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Die
Tauchuhr 10 umfasst eine Druckmessvorrichtung 25,
die hier als Tiefenmesser dient. Dieser weist einen Sensor 26 auf,
der dazu bestimmt ist, den hydrostatischen Umgebungsdruck zu messen, der
bei der Tauchuhr einem Mass für
die Tauchtiefe entspricht. Diese Tauchtiefe wird auf dem Zifferblatt 27 durch
ein Anzeigeorgan 28 für
die Tiefe angezeigt, das aus einem Tiefenzeiger 29 besteht,
der sich vor einer Teilung 30 bewegt.
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Auf 5 und 6 bezogen,
ist der Sensor 26 des Tiefenmessers seitlich auf der Aussenseite des
Uhrgehäuses 11 auf
das Mittelteil 12 montiert.
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Er
umfasst eine auf der Aussenseite des Gehäuses 11 und des Mittelteils 12 durch
Kleben und durch Schrauben 34 befestigte Kapsel 33.
Eine Formdichtung 35 gewährleistet den dichten Abschluss
zwischen dem Mittelteil 12 und dieser Kapsel 33.
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Diese
weist ein Lager in Gestalt einer zylindrischen Ausbohrung 36 auf,
die bevorzugt parallel zur Hauptebene der Uhr und im Wesentlichen
tangential zum Mittelteil 12 angeordnet ist. Eine Sicherungshülse 37 ist
in dieser zylindrischen Ausbohrung untergebracht und wird durch
Schrauben 38 darin gehalten.
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Das
eigentliche Sensorelement für
den hydrostatischen Druck besteht aus einem Faltenbalg 40,
der an seinem vorderen Abschnitt durch einen Deckel 41 verschlossen
ist, der frei gleitend ohne Dichtung in die Hülse 37 montiert ist.
Dieses Sensorelement 40 bzw. der Faltenbalg ist in dieser
Hülse 37 der
Kapsel 33 untergebracht, die auf dem Mittelteil 12 auf
der Aussenseite des Gehäuses 11 befestigt
ist. Der Faltenbalg 40 hat kreisförmige Rippen 42, die sich
ziehharmonikaartig mit kreisförmigen
Rillen 43 abwechseln. Vorzugsweise weist der Faltenbalg 40 eine
allgemein zylindrische Gestalt auf, wobei die Rippen alle den gleichen
oder im Wesentlichen gleichen Durchmesser besitzen, aber der Faltenbalg kann
auch eine andere Gestalt besitzen, zum Beispiel eine eher konische
Gestalt. Er ist günstigerweise
von metallischer Beschaffenheit und vorzugsweise aus Nickel, aber
Varianten zufolge kann der Faltenbalg auch aus anderen Werkstoffen
wie Kunststoff hergestellt sein. Er besitzt eine hohe radiale Starrheit, so
dass er sich selbst bei hohen Drucken von zum Beispiel 10 bar oder
mehr, was einer Tauchtiefe von 100 m entspricht, radial nicht verformt.
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Dieser
Faltenbalg 40 hat aber eine vorbestimmte Komprimierbarkeit
in der Längsrichtung.
Es lässt
sich unter der Einwirkung des Aussendrucks einer Längsverformung
in einer Längsrichtung
unterwerfen. Das Mass des Druckes ist dann eine Funktion der Grösse dieser
Längsverformung.
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Der
Deckel 41 ist durch Verschweissen hermetisch dicht an einem
der Enden des Faltenbalges 40 befestigt, das andere Ende
des Faltenbalges 40 ist dicht auf der Kapsel 33 befestigt.
Eine zentrale Welle 44 ist in den Deckel eingepresst, um
mit ihm fest verbunden zu sein, und befindet sich in einem dichten
zentralen Raum im Inneren des Faltenbalges. Sie ist an ihrem vorderen
Abschnitt mit einer Zahnstange 45 versehen.
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Der
Sensor 26 umfasst eine Rückstellfeder 50, die
die zentrale Welle 44 umgibt. Die Feder ruht einerseits
auf einer Rippe 51 der zentralen Welle 44 und
andererseits auf einem fest mit der Kapsel 33 verbundenen
Auflageteil 52. Sie ist dafür bestimmt, den Faltenbalg 40,
den Deckel 41 und die zentrale Welle 44 zu einer
Ruhelage hin zu drängen,
in der der Faltenbalg 40 entspannt und ausgestreckt ist.
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Der
vordere Abschnitt des Faltenbalges 40 ist mit einem Flansch 53 versehen,
der durch die Sicherungshülse 37 fest
gegen den Boden 54 der zylindrischen Ausbohrung 36 gedrückt wird,
um den Faltenbalg 40 im Inneren dieser Ausbohrung 36 zu
halten. Eine Dichtung in Gestalt eines O-Rings 55 ist zwischen
diesen Flansch 53 und den Boden 54 gelegt, so
dass die Dichtheit für
das Innere des Faltenbalges 40 und des Sensors 26 gewährleistet
werden kann.
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Die
Aussenseite des Faltenbalges 40 und seines Deckels 41 steht
mit der Aussenwelt in Berührung,
d. h. entweder dem Wasser oder der Luft, während das Innere des Faltenbalges
einen dichten zentralen Raum bildet, in dem die zentrale Welle 44 angeordnet
ist. Es ist möglich,
den Deckel 41, der aus einer rückseitigen Öffnung 39 der Ausbohrung 36 der Sicherungshülse 37 einige
Millimeter hervorsteht, manuell zu verschieben. So kann die Funktion
des Tiefenmessers 25 überprüft werden,
indem der Satz von beweglichen Elementen des Tiefenmessers verschoben
wird. Ein Fenster 56 ist in die Kapsel 33 und die
Hülse 37 eingelassen
und erlaubt es, den Faltenbalg 40 zu beobachten, um sein
gutes Funktionieren zu kontrollieren. Dieses Fenster kann offen
oder mit einem Glas versehen sein.
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Der
Sensor
26 ist über
eine mechanische Übertragungsvorrichtung
60 mit
dem Tiefenanzeigeorgan
28 verbunden, das durch den Tiefenzeiger
29 gebildet
wird. Diese Übertragungsvorrichtung
60 umfasst
ein Zwischendrehteil
61, dessen Zwischenrad
62 sich
im Eingriff mit der Zahnstange
45 befindet und fest mit
einem Zwischenritzel
63 verbunden ist, das mit einem Rechenritzel
64 im
Eingriff steht. Letzteres ist fest mit einem Rechen
65 verbunden,
der durch einen Zapfen
66 gelenkig an der Uhr befestigt ist.
Der Rechen
65 steht mit einem Drehteil
67 im Eingriff,
das drehbar in der Mitte montiert ist und den Tiefenzeiger
29 trägt. Das
Drehteil
67 besteht in dieser Ausführungsform aus einem Schneckenritzel
68, dessen
Zahnung
69 mit der Zahnung
70 des Rechens
65 ein
konjugiertes Getriebe
71 mit sich gemeinsam drehenden oder
konjugierten Profilen oder Kurven des Rechens und des Schneckenritzels
bildet. Diese Profile oder Kurven könnten logarithmisch, archimedisch
oder von einem beliebigen anderen Typ sein. Die Profile oder Kurven
bleiben jedoch ständig
in Berührung,
ohne aneinander zu gleiten. Das Übersetzungsverhältnis ist
definitionsgemäss:
mit
- ωein
- = Winkelgeschwindigkeit
des Eingangsgetriebes 70 und
- ωaus
- = Winkelgeschwindigkeit
des Ausgangsgetriebes 69.
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Dieses
Verhältnis
i ist in der in 5 und 6 veranschaulichten
Ausführungsform
variabel, indem die beiden Getriebe von der in 8 veranschaulichten
untersten Position zu der in 10 veranschaulichten
obersten Position abrollen.
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Dieses Übertragungsverhältnis ist
ein Übersetzungsverhältnis, das
im gewählten
Beispiel am Anfang gegen 0 m Tiefe zu etwa 11,2 und am Ende gegen
100 m zu etwa 3,7 gewählt
ist. Auf diese Weise sind die Teilung 30 und das Ablesen
der Tiefe für geringe
Tiefen sehr genau und für
grosse Tiefen bis zu 100 m weniger detailliert. Der Rechen führt zwischen
den Endpositionen der 8 und 10 eine Winkel-Gesamtverschiebung
von 58° aus,
während die
entsprechende Winkelverschiebung des Schneckenritzels zwischen diesen
Endpositionen 315° beträgt.
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Damit
die Zahnungen 69 und 70 ein konjugiertes Getriebe
bilden, muss die Summe des Radius 72 des Rechens 65 und
des Radius 73 des Schneckenritzels 68 für alle Winkellagen
der gesamten Abwicklung dieser beiden sich drehenden Elemente konstant
sein, siehe 7.
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Ausserdem
muss die abgewickelte Länge der
Zahnung 70 des Rechens 65 mit der abgewickelten
Länge der
Zahnung 69 des Schneckenritzels 68 identisch sein.
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Die
Moduln der Zahnungen 69 und 70 sind vorteilhafterweise
identisch, aber diese Eigenschaft ist wahlfrei.
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Der
Rechen 65 unterliegt der Einwirkung einer Rückstellfeder 74,
die ein mögliches
Getriebespiel ausgleichen kann.
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8 zeigt
die unterste Position des Rechens 65 und des Schneckenritzels 68.
Der Rechen besitzt eine Anschlagfläche 75, die in dieser
Position mit einer gegenüber
liegenden Fläche 76 des
Schneckenritzels 68 in Berührung steht. Der Rechen und das
Schneckenritzel sind somit gegenseitig so verriegelt, dass jede
zusätzliche
Drehung des Rechens im Gegenuhrzeigersinn unmöglich ist.
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9 veranschaulicht
die Position bei 0 m Tiefe, in der die Flächen 75 und 76 geringfügig getrennt
sind.
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In 10 hat
der Rechen 65 eine maximale Drehung im Uhrzeigersinn vollführt, und
seine Spitze 76 kommt an einem Gehäusering 77 des Gehäuses zum
Anschlag, der die oberste Position festlegt.
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Schliesslich
stellt 11 die Position des Rechens 65 und
des Schneckenritzels 68 bei einer Tiefe von 100 m dar.
Die Spitze 76 ist geringfügig vom Gehäusering 77 getrennt.
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Es
versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen keinerlei einschränkenden Charakter
besitzen und in dem durch Anspruch 1 definierten Rahmen alle wünschenswerten
Abänderungen
erfahren können.
Insbesondere könnte
der Sensor eine andere Bauweise als einen Faltenbalg aufweisen.
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Die
allgemeine Gestalt der Uhr könnte
ebenfalls ganz anders sein, nämlich
quadratisch, rechteckig usw. Die Druckmessvorrichtung könnte den
Luftdruck messen und als Höhenmesser
oder Barometer dienen. Das Anzeigeorgan 28 könnte anders
realisiert werden, zum Beispiel in Gestalt einer Scheibe oder eines
Ringes, die sich drehen. Die mechanische Übertragungsvorrichtung könnte einen
anderen Aufbau aufweisen, zum Beispiel ein Getriebe mit konstantem
oder irgendeinem variablen Übersetzungsverhältnis. Die
Rückstellfeder 50 könnte wegfallen, indem
der Faltenbalg eine genügend
hohe Eigenelastizität
besitzt, um bei Luftdruckmessungen als Rückstellelement zu dienen.
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Das
Lager 36 des Sensors könnte
anders eingerichtet sein. Es könnte
zum Beispiel der äusseren
Gestalt des Mittelteils der Uhr angepasst sein. Die Befestigung
des Faltenbalges in der Kapsel könnte
ohne Sicherungshülse
anders realisiert werden, zum Beispiel mit einem Spannring. Der
Faltenbalg könnte
eine andere Beschaffenheit haben, zum Beispiel aus Polymer sein.