CN1605049A - 具有指针位置探测器的无线电钟表机构 - Google Patents

Abstract

有模拟显示功能的电动机械式无线电钟表机构(11)应按照快速自动获得指针参照位置的要求来设计，尤其是无须用于使指针运动到少数几个之一或甚至唯一一个参照位置的长距离传动运行，但另一方面，也无需具有易受干扰的多路触点接通的多位二进制编码的角位发送器的设备成本就能做到，而且也不用较差地减少对时钟齿轮里的不同幅宽的探测。取而代之的是，随着时钟齿轮(20)的旋转，前后相继地扫描对应于表盘上的时钟分度的接触弧段(34)，这给出了时针的当前时钟指向的大致信息。若每个小时接触弧段(34)都配有一个半小时接触弧段(37)，则能够准确到半小时地识别指针位置。为了连续探测接触弧段(34)，这些接触弧段通过与时钟齿轮(20)一起环绕运行的共同接触盘(31)的接触指(35)并适当地通过一个触点环(28)被先后接到地电位上。如果时针转到一个新的半小时，则适当地通过一个光栅(55)受指针机构控制地总是正好进行接触弧段(34，37)的电位探测。接触盘(31)还有一个闹钟接触指(40)，它在一个垫圈(42)上在一个闹钟触点环(41)上面回转，但在一个预定角位上通过垫圈(42)里的一个降下孔(43)接通闹钟触点环(41)以便发出闹钟信号。

Description

具有指针位置探测器的无线电钟表机构

本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的无线电钟表机构。

EP0204851A2公开了这样的无线电钟表机构，它有一个四位宽的角度编码器以便对时针位置进行间接的且近似连续的电动机械式探测。为此，在线路板上，借助四个相互绝缘的弯曲弹簧对四个与指针轴线同心的圆探测在刚好到达的角位上是否有沿径向前后跟随的电阻触通，该角位已经通过触点图形进行了二进制编码。这在机械上以及在占地要求方面都很麻烦，而且，电阻触点接通相对当时的触点图形是不确定的，所以，这样的指针位置的探测比较不准确，总之易受干扰。

因此，在该公开物中也考虑以电子方式表示指针运动，其方法是随着指针的每个循环(总是以电阻同步触点接通开始)，计数并存储步进电机的用于指针运动的驱动脉冲。但实际的计数结果只有当步进电机的电控制器和由此通过传动链实现的指针机械运动之间没有滑差以及在从驱动电机至时针齿轮的传动链上没有出现太大间隙时才能正确反映指针的当前角位。

因此，DE3513961C2公开了，在齿轮机构的旋转运动期间里，在时针循环转动过程中先后间接地即通过对时钟齿轮内的不同幅宽的光电扫描来检测是否达到几个(一般为三个)规定的指针位置。为此，当然需要相当费事的算法。而且，因为对于尽管有不可避免的传动间隙而要明确测量幅宽来说必须进行多个旋转步骤，其中分别重新探测是否存在或结束截然不同的幅宽，因此，这样的幅宽探测的尽量减少明显有限。

在DE3510861C2里描述了一个非常精确地在经过一个很明确规定的指针位置时产生同步信号的解决方案，它的结构更小，从该指针位置起，又同时对步进电机的控制脉冲进行计数。为此，在此设有一个光栅，它同样也间接地即又在时针齿轮上在数字盘后面检测时针位置。该指针齿轮和在传动链中位于其前面的即更快地且甚至与之反向地旋转的中间齿轮作为作为带孔挡板进入光栅里，因此，即使是大面积的挡板孔，它们在制造方面需要较低的校准成本并且让一个宽光束透过以便可靠地起动光栅接收器，由于挡板覆盖很短暂，所以保证了特别精确的例如在探测时钟齿轮时精确到分钟的动作。诚然，由于只是探测是否达到一些在指针循环中明确规定的指针位置中的一个位置并且由于常用的钟表步进电机不允许转向掉转，因此，从一个随机的起始位置起，尤其从运行开始时起，在快速驱动中可能要经过一个比较长的时间间隔，直至达到结构上所规定的指针位置(例如12:00位置，从当前的02:00位置起)，以便随后从这个同步位置起使指针转入当前时刻的理论位置并用无线电钟表的留住时间的指针时间指示来锁定钟表的正规运行。

认识到这种情况，本发明的任务是提出一种属于此类的模拟式无线电钟表机构，对于即使立即在从一个随机的指针位置起在运行开始之后要迅速寻找到准确的当前时针位置来说，该钟表机构能实际上持续地跟踪实际的时针运动，但这种跟踪在设备上和电路技术方面的成本要低于上述类型的整个多数位角位解码机构。

按照本发明，通过独立权利要求所述的主要特征的组合来完成该任务。据此，原则上沿一个圆布置一系列触点，这列触点对应于表盘上的分度分时，就是说，对常见的12小时表盘来说，它由12个相互呈弧段隔开的相邻触点组成。在与之同心的且最好位于其中的其余圆上，每个小时接触弧段都配有一个半小时接触弧段，它例如各处延及一个小时的后半个小时上。这些接触弧段由与钟表时针同步旋转的滑动接触弹簧、小时接触指和半小时接触指扫描。这些接触指最好都处于地电位并因此在这两个圆形轨迹之一的刚达到的角位上将一个小时接触弧段置于地电位并在后半个小时里将半小时接触弧段置于地电位。解码逻辑电路不断探测哪个小时接触弧段正好在地电位上并由此实际上无间隙地掌握到当前所指示的小时。

如果在这里按角度配置的半小时接触弧段尚未处于地电位，则钟表指针的时间指示就位于当前小时的前半个小时内，否则就在后半个小时内。因此，时针当前位置实际上总是通过一个小时触点和在其弧段长度内通过对应的半小时触点来唯一地体现，即，划分12个小时的表盘中，指针位置总是按半小时来准确确定。因此，钟表机构在开始运行时只需要转到下一个的半小时交替，并且已经知道了精确的当前指针位置，由此可以使指针按规定地旋转到当前实际给定的时刻。

当然，由于不可避免的传动间隙，所以，响应于半小时交替是不可靠的，尤其是如果基于滑到一触点弧段上的接触指的电阻触点接通的话。因此，为了精确确定半小时时间，只在规定时刻进行触点探测，半小时的时钟分度最好分别准确地在每小时的第一分钟和第三十分钟开始时。为此，借用按照DE3510861C2的光栅探测装置。对于借助所述光栅进行半小时的、精确到秒的位置检测可能性来说，为了提供光通道，时钟齿轮最好有总共24个径向相反分布的孔，或者出于机械稳定性考虑而完全由透光材料制成而没有孔。为了使光栅精确到分钟地在恰好进入当时正好开始的半小时时才可靠动作，在传动链中位于分钟齿轮之前的且因而更快速且也是反向地旋转的带有挡板孔的中间齿轮也还作用于该光栅里。一个秒针齿轮和在传动链中位于其前面的反向旋转的且成带孔挡板形式中间齿轮的另一光栅作用能检测到半小时位置，这甚至精确到秒。

对于有时会遇到的每小时指针循环有24小时分度的表盘的特殊情况，所述的在两个作用半径上的12/24接触弧段的触点明确得到一个准确到小时的当前指针位置测定，它可借助上述光栅功能对所有小时都精确到秒地来测量。

这些用于近似连续的粗略但经常的的即半小时的指针位置探测的触点可以形成或安装在一个被时针轴穿过的并覆有印刷导线涂层的线路板的同一侧上，在线路板表面上也有检测分析处理线路和无线电钟表线路，在这里尤其是独立的时间保持线路和接收器、译码器、比较器以及电动机控制装置，它们的功能部分地被统一在一个处理器。紧接着的触点弧段的与指针位置有关的检测在所述的电阻探测例子中借助滑动弹簧来这样适当地实现：检测和分析处理线路确定在当前的时针角位上时是否有一个或者两个触点正好处于地电位。因为，不需要相互绝缘的滑动弹簧相对抗转动地运动并且不必通过自身的换向器接到分析处理线路上，所以，可以使滑动弹簧都作为接触指从唯一一个由时针轴抗旋转带动的并由弹簧弹性的导电材料制成的盘里压弯出来并借助另一个指并通过一个触点环使该接触盘始终处于地电位。此外，这种持续的共同的地电位产生以下优点，即触点探测在电气上相当抗干扰，因为按电位进行了屏蔽。因为在弧状延伸的触点的半径之内，由此在置于地电位的接触盘和线路板之间有一个电气屏蔽相当好的空间，在该空间里适当地设置一个例如成分叉光栅形式的在指针机构传动链中的光栅的光电探测器以便周期性接通触点探测，因此，出色地防止了其工作方式不受环境影响。

从中央的、与时针一起循环转动的接触盘起，另一个接触指可接触到线路板，也就是说一个连续的触点环，其中它涉及闹钟信号触发。适当的是，该接触指电气绝缘地在闹钟触点环对面被保持在一个垫圈上。但垫圈有一个在某个指针角位(也就是说数字表盘上的钟表时间)的缺口，穿过该缺口，接触指可以在相应的指针位置上产生接触地落到闹钟触点环上，而不需为了触发闹钟信号还使钟表机构的一个齿轮轴向移动。垫圈可以绕指针轴轴线旋转并因此可以使降下缺口手动调节到一个钟表时间，在该时间里，如果闹钟接触指通过一个降下孔的上升斜面又抬离闹钟触点环，则垫圈相对旋转运动保持摩擦锁定状态，以便继续与时针同步地在垫圈上转动，直到在一个时针循环后重新达到降下孔。

为了使接触盘以其弹性支承于线路板(或者说闹钟垫圈)上的触点环在其旋转运动中无偏斜地移动，用于使力对称分布的所述接触指组可以多次地且相互大约以120°或180°错开。这避免了作用于接触盘的并通过基础盘作用于时钟轴的倾倒力矩。

本发明的附加改进方案和修改方案以及其它的特征和优点除了见其它权利要求之外，也参见以下对一个附图中局限于主要内容而近似按尺寸比例示意表示的优选实施例的描述。附图所示为：

图1：以断开的轴向纵剖面表示一个模拟显示的机电的无线电钟表机构中的轮子，这种表机构具有一种按照本发明的对时针的角位探测以及在这机构中集成入的附加的闹钟信号开关；

图2：按照图1的时针位置的半小时探测的一种功能上有代表性的触点样式。

威力模拟时间显示，示意所示的电动机械式无线电钟表机构11在一个作为表盘架的外壳前部12之前在一个中空的时针轴13、一个可转动地保持在在时针轴中的且也是中空的分针轴14以及一个中央的秒针轴15的自由正端面上各有一个指针座16以便夹紧指针(未示出)。时针轴和分针轴13、14当然不借助秒针轴15来定心，而是借助一个围绕它的支撑管17，该支撑管在一个固定于外壳上的托板18上。

一抗转动地与分针轴14相连的分钟齿轮19与指针座16相对地轴向支撑在托板18上并同轴地支承一抗转动地与时针轴13相连的时钟齿轮20。这两个齿轮通过中间齿轮21传动连接，中间齿轮由分钟齿轮19的小齿轮22驱动，其本身用一小齿轮23转向相反且减速地驱动时钟齿轮20。为此，中间齿轮21支承在一位于托板18上和固定在外壳上的线路板25之间的轴颈24上。用于驱动秒钟齿轮26的电磁式步进电机和其它中间齿轮(在步进电机和秒钟齿轮26之间以及在秒钟齿轮和分钟齿轮19之间)以及整个横向工作的光栅55在所示剖视图中看不到。

线路板25在其背对托板18的并因而朝向外壳前部12的表面27上有一个自涂覆的或通过印刷线轨涂覆的相应过程而形成的且同心包围时针轴13的触点环28。一成弯曲弹簧状的接触指29的自由前端在弹簧预张力作用下支承在该触点环上。接触指29与时针轴13抗转动地可绕钟表机构11的中央轴线30旋转。它从由弹簧金属冲压成的接触盘31中弯出来，接触盘31以中央孔32从指针座16起在滑动摩擦作用下滑到时针轴13上，直到它在弹簧预张力作用下以其接触指29弹性支撑在线路板25的触点环28上，这造成接触盘31在中央孔32附近略微凹入并因而楔在时针轴13的外表面上。作为防止接触盘31相对时针轴13转动的防转动手段，通过一个在时针轴13的外周面上的轴向平行的筋33使中心孔32径向翘曲。

沿一个与触点环28同心的圆，时钟触点弧段34相互绝缘地延伸于线路板25的表面27上，它们按照在表盘分度上小时刻度，也就是正常情况下的12块。在这些触点弧段上，与时针运动同步即与时针轴13同步地使一个时钟接触指35旋转，接触指35同样也是从接触盘31里弯出来的，如图所示。于是，通过这两个接触指29-35和其共同的接触盘31，总是使那个小时触点弧段34与触点环28短路连接，即这个小时触点弧段34对应于一个时钟齿轮20的当前转动角位和乃至在表盘前的当前指针角位。在这里涉及哪个接触弧段34可通过一个在线路板25上与该接触弧段34相接的分析处理电路36来求出并且由此测量当前指针位置。适当的是，使当时恰好通过接触盘31和触点环28而接通的时钟接触弧段14接地，其做法是，触点环28通过线路板表面27的印制导线涂覆层被接到地电位上。

为了更准确地探测时针当前角位，在另一个与钟表机构轴线30同心的圆上给每个小时接触弧段34分配一个半小时接触弧段37，确切地说，如图所示的是每个小时接触弧段34的后半个。半小时接触弧段37在时钟齿轮20旋转时先后借助另一个从接触盘31中伸出来的接触指38被接通，在所示例子中也通过接触盘31和触点环28先后被接地。因此，也与半小时接触弧段37相接的分析处理电路36通过与当前的地电位不仅掌握了时针当前指向哪个小时区，而且也还检测到该小时区是否是该实小时的前半个小时或者(因为所属的半小时接触弧段37此时同样也处于地电位)是后半个小时。因此，分析处理电路36在任何时候都能知道时针恰好在哪个小时区里以及与其传动连接的分针正好在哪个半小时时段里。这意味着，例如当无线电钟表机构11投入工作时，实际上立即且同样无需长距离传动运动地就依照半小时准确知道了实际的指针位置。没有长的、附加指针运动，随着更换到下个半小时时段就知道了精确的指针位置，因为或是只有下个小时接触弧段或者还有下一个半小时接触弧段34或37被接到地电位。在两个前后紧随着的小时接触弧段34-34之间的不导电间隙确保了两者不会同时接地，即小时解码没有双重意义，其做法是使该间隙的弧段长度大于小时接触指35的完成接触的面的弧段长度。

为了精确掌握半小时交替，尽管电阻接触的不可靠性和传动间隙原则上在接触电位降低到地电位时导致不可重现的起动精度，但如果指针运动在进入新的半小时时段时开通光栅55的光路，则总是准确地进行解码探测。这在图2中通过一个在时针的各自角位上的小圆101来象征。但为了在此瞬间不影响电路安全性(由于传动间隙和由于在接触弧段34或37的边缘起动时的如振动现象)，而是为了存在近似稳定的电位状况，在表盘上，在半小时交替之前已设置了各自的接触弧段34、37，如在附图中通过相反于指针运动方向地延长接触弧段34、37所考虑的那样。如果分析处理电路36探测有问题的接触弧段以便进行逻辑半小时解码，则允许和稳定地发生电位降到地电位。

为了在接触交替时与接触指38或29的动作精度无关地检测到半小时交替，设有一个分叉光栅或者如图1草图所示地设有反射光栅55。符号表示的至少接收器39在线路板25上的、沿轴向位于恒定处于地电位的接触盘31之下的位置具有以下优点，即良好的电气屏蔽。如在开头所述的DE3510861C2里详细描述的那样，通过中间齿轮21里的孔57和通过由其小齿轮22传动的透光的或有24个孔56的时钟齿轮20的光栅的变化过程用于精确地在半小时交替时起动光栅接收器39。

事实上，接触指29、35、38跟示意图不同地不是完全沿接触盘31的同一个半径，而是在角度上相互错开，以便使接触盘31无偏斜地压到线路板25上。

由于接触盘31与时钟齿轮20，也即与时针同步地在表盘转动，因而，适当地在接触盘上还设有另一个用于实现闹钟作用的接触指40。但为了使它在其保持时间的旋转过程中并不总是接触在线路板表面27上的闹钟触点环41上，一个电绝缘的垫圈42位于两者之间，如果垫圈相对闹钟触点环41通过一个衬层或者由距离决定地被隔缘的话，则垫圈也可能是导电的。垫圈42在其圆周的只是一个位置上轴向在闹钟触点环41上具有一个径向降下孔43以使闹钟接触指40通过。即，如果接触指40在其保持时间的运动中以时钟齿轮20到达该角位，则它迅速沿一个陡的降下边缘44穿过降下孔43，直到轴向平行地抵接在闹钟触点环41上。因而，该触点环通过接触盘31和触点环28接地，因而，分析处理电路36发出一个闹钟信号。通过一个相对降下边缘44来说只是平缓升高的取出斜面45，在时钟齿轮20继续旋转过程中使闹钟接触指40又升高到垫圈42上并因而从闹钟触点环41上抬起，直到在时针一个转动循环之后又重新降下。

具有降下孔43的垫圈42本身固定在外壳上地地即相对时钟齿轮20的旋转抗转动地以其闹钟接触指40被保持住。但带有降下孔43的垫圈42的角位可以通过正齿轮46手动驱动调节，由此可以为闹钟信号可变地规定触发时刻。为此，垫圈42被构造成在空心齿轮47的内表面上的一径向突出地环绕的凸缘的形式，如从附图的横断面图所示。空心齿轮47径向以一个从其轮盘49突起的中空轴颈48支承在外壳前部件12里的时针轴13上且轴向支承在外壳前部件12和线路板25之间，在该轴颈的自由前端上有一用于闹钟指针的指针座16。为了锁定由正齿轮26规定的在垫圈42里的降下孔43的角位(与支承在其上的转动的闹钟接触指40的旋转相反)，从平行于外壳前部12的轮盘49里剪切出一弹簧臂50，它用其自由正端面弹性支撑在外壳前部件12的内壁上并起到摩擦作用。如图所示，在此甚至可以形成一个止动棘爪机构，它起到定向制动机构51作用，以便能使降下孔43相对闹钟触点环40不是朝向陡的降下边缘44，而只是在取出斜面45上旋转。这样，同时确保了，垫圈42的旋转不通过闹钟触点环40造成时钟齿轮20一起转动，也就是说不造成在表盘前的时针错误指示。

无论如何，通过本发明的解决方案，设计出一种电动机械操作式无线电钟表机构11，它具有用于快速自动到达多个指针参照位置中之一的模拟显示功能，尤其是对指针运动到少数几个中的一个或者甚至到唯一一个参照位置来说不需要长的传动运行。但另一方面，无需用于具有易干扰的多位触点接通的多位二进制编码的角位发送器的设备成本，只要探测到到达参照位置就够了，而且也不用有限地减少对时钟齿轮里的不同幅宽的探测。取而代之的是，随着时钟齿轮20的旋转运动，对应于表盘上的分时的接触弧段34被先后扫描，这给出了关于时针当前时钟指向的大致信息，其中通过另一个接触弧段37来探测当前的半小时。每个半小时开始时的探测瞬间通过一个在指针机构传动单元里的传感器(尤其是光栅)来准确规定。为了对接触弧段34、37进行逐连续探测，这些接触弧段适当地通过接触指35或38在一个与用时钟齿轮20一起环绕转动的接触盘31上并通过一触点环28被前后接到地电位上。接触盘31还有一闹钟接触指40，它在一个垫圈42上在一个闹钟触点环41的上方回转，但在一个预定角位上通过垫圈42里的一个径向定向的缝形降下孔43接通闹钟触点环41以便发出闹钟信号，而不必为此使任何一个带有指针的齿轮从指针机构里轴向移动出来。

                     附图标记一览表

11-无线电钟表机构；12-外壳前部；13-时针轴；14-分针轴；15-秒针轴；16-指针座；17-支承管；18-托板；19-分钟齿轮；20-时钟齿轮；21-中间齿轮；22、23-小齿轮；24-轴颈；25-线路板；26-秒钟齿轮；27-表面；28-触点环；29-接触指；30-轴线；31-接触盘；32-孔；33-筋；34-小时接触弧段；35-小时触点环；36-分析处理电路；37-半小时接触弧段；38-接触指(半小时)；39-接收器(光学的)；40-接触指；41-闹钟触点环；42-垫圈；43-降下孔；44-降下边缘；45-取出斜面；46-正齿轮；47-空心齿轮；48-空心轴颈；49-轮盘；50-弹簧臂；51-定向制动机构；55-光栅；56-时钟齿轮里的孔；57-中间齿轮里的孔；58-横向的双棱柱体；59-分钟齿轮里的孔；101-圆；

Claims (13)

1.一种无线电钟表机构(11)，它能与时针运动同步地探测接触弧段(34)，其特征在于，就以下方面来探测对应于表盘分时地布置在一个圆上的一些小时接触弧段(34)，即其中的哪一个小时接触弧段当时具有与所有其它的小时接触弧段不同的电位。

2.按权利要求1所述的无线电钟表机构，其特征在于，这些小时接触弧段(34)中的每一个在一个与之同心的圆上配属有一个半小时接触弧段(37)，就以下方面来探测该半小时接触弧段，即是否该半小时接触弧段也当时具有与所有其它的半小时接触弧段不同的电位。

3.按上述权利要求之一所述的无线电钟表机构，其特征在于，从一个与时钟齿轮(20)抗转动连接的接触盘(31)中剪切出多个用于接触弧段(34，37)的接触指(35，38)，这些接触指通过接触盘(31)的另一个接触指(29)接到一个与接触弧段(34，37)同心的触点环(28)的电位上。

4.按权利要求3所述的无线电钟表机构，其特征在于，触点环(28)接在地电位上。

5.按权利要求3或4所述的无线电钟表机构，其特征在于，接触盘(31)以一个中心孔(32)轴向传力连接地且沿四周形状配合连接地被保持在时针轴(13)的外周面上。

6.按上述权利要求之一所述的无线电钟表机构，其特征在于，设有一个光栅(55)，当时钟齿轮(20)转入一个在表盘上对应于半小时开始时的位置时，该光栅接通电位探测。

7.按权利要求6所述的无线电钟表机构，其特征在于，完全由光学透明材料构成的或者成有24个在直径方向上完全相反对置的孔(56)的齿轮形式的时针齿轮(20)、在传动链中位于该时针齿轮前面的并有一个挡板孔(57)的中间齿轮(21)和具有一个挡板孔(59)的分钟齿轮(19)都作用于该光栅中。

8.按权利要求6或7所述的无线电钟表机构，其特征在于，至少该光栅(55)的一部分且尤其是其接收器(39)沿轴向设置在该接触盘(31)之下。

9.按上述权利要求之一所述的无线电钟表机构，其特征在于，该接触盘(31)也配有一个闹钟接触指(40)，该闹钟接触指在弹簧预张力的作用下在一个垫圈(42)上回转并且在该垫圈(42)的一个可调的角位上通过其轴向的降下孔(43)贴在一个闹钟触点环(41)上。

10.按权利要求9所述的无线电钟表机构，其特征在于，在该垫圈(42)里的降下孔(43)配备有一个陡的降下边缘(44)并在其周边对面配备有一个不太陡的且用于闹钟接触指(40)的取出斜面(45)。

11.按权利要求9-10之一所述的无线电钟表机构，其特征在于，该垫圈(42)以径向突出地环绕的筋的形式成形在空心齿轮(47)的轮箍的内表面上，它通过一个正齿轮(46)可绕带有用于闹钟指针的座(16)的中空轴颈(48)的轴线(30)转动。

12.按权利要求9-11之一所述的无线电钟表机构，其特征在于，该空心齿轮(47)以一个弹簧臂(50)支撑在钟表机构外壳上。

13.按权利要求12所述的无线电钟表机构，其特征在于，该弹簧臂(50)支撑在一个固定于外壳上的定向制动机构(51)上。

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