DE2135417A1

DE2135417A1 - Quarzuhr mit digitaler zeitanzeige

Info

Publication number: DE2135417A1
Application number: DE19712135417
Authority: DE
Inventors: Erich Scheer
Original assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Current assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Priority date: 1971-07-15
Filing date: 1971-07-15
Publication date: 1973-01-25

Description

Quarzuhr mit digitaler Zeitanzeige Die Erfindung betrifft eine Quarzuhr mit digitaler Zeitanzeige und Speisung durch eine netzunabhängige Stromquelle, vorzugsweise Trockenbatterie, bei welcher die Anzeige durch von einem intermittierend eingeschalteten Kleinstelektromotor angetriebene Minuten- und Stundenanzeigetrommeln und durch eine von einem fortlaufend arbeitenden Kleinst@lektromotor angetriebene Sekundenanzeige trommel bewirkt wird und bei weicher die Quarzschwingschaltung und die dieser nachgeordneten Frequenzteilerstufen wenigstens zum Teil in Form von integrierten Bausteinen ausgebildet sind und der den Antrieb der Stunden- und Minutenanzeigetrommeln bewirkende Kleinstelektromotor durch einen Impuls angetrieben und durch eine vermittels einer vom Motor angetriebenen Nockenscheibe gesteuerten Kontakt über einen gewissen einer Anzeigeeinheit der Minutenanzeigetrommel entsprechenden Bewegungsweg eingeschaltet gehalten wird und Stellmittel zur Ko@@ektur der Zeitanzeige vorgesehen sind.
Es ist Zweck der Erfindung, die Anwendbarkeit der vorstehend angegebenen Quarzuhr zu erweitern und insbesondere deren Einsatz zur Synchronisierung und Steuerung von Programmsteuereinrichtungen, Zeitdienstanlagen, Signaleinrichtungen usw.
zu ermöglichen.
Es sind Quarzuhren mit analoger Anzeige durch Zeiger und Zifferblatt sowie mit digitaler Anzeige durch Ziffernanzeigeröhren oder sonstige digitale Anzeigemittel bekannt. Diese Quarzuhren sind netzbetrieben, in den meisten Fällen nicht oder nur schlecht transportabel, sie sind genau, aber außerordentliclt teuer. Als Zeitmesser für den biirgerl ichen Gebrauch sind diese Uhren nicht geeignet.
Diese Uhren kennzeichnen sich im wesentlichell (ladureh, daß ein Schwingquarz in einer elektronischen Erregerstufe auf seiner Eigenfrequenz zu Schwingungen angeregt wird und diese meist sehr hohe Frequenz durch nachfolgende elektronische irequenzteiler auf eine zur Anzeige geeignete Frequenz, z.B.
50 Hz, heruntergeteilt wird. Diese 5o Hz-Frequenz wird meist direkt einem Synchronmotor zugefiihrt der seinerseits entweder unmittelbar das Zeigerwerk antreibt, oder ein en oder mehrere Impulskontakte betätigt, die ihrerseits ein die Zeitanzeige bewirkendes Schrittschaltwerk behalten.
Es sind neuerdings durch Trockenbatterien betriebene Quarzuhren, insbesondere Armabanduhren bekanntgeworden, bei welchen die relativ niedrige Frequenz eines Quarzes, z.B. 16,8l kHz atif eine sehr niedrige Frequenz, z.B. @@Hz unterteilt wird.
Diese Unterteilung erfolgt hierbei durch integrierte Halbleiterschaltungen, die bei geringsten räumlichen Ausladungen und bei sehr kleinem Stromverbrauch, die Teilung der Quarzfrequenz erlauben, ohne daß eine unzulässige Mehrbelastung der Stromquelle hierdurch bedingt wiirde. Die Frequenz von z*B. 1 Hz wird nach entsprechender Differenziening und Verstärkung durch weitere zugeordnete Halbleiterschaltungen, die ebenfalls als integrierte Bausteine ausgebildet sein konnen, einem Schrittmotor zugeleitet, welcher den Antrieb des analogen Zeitanzeigesystemes bewirkt.
Es sind andererseits Digitaluhren mit Zeitanzeige durch umlaufende Zifferntrommeln, die durch einen batteri egespeisten Kleinstelektromotor angetrieben werden, bekannt. l)i eser Elektromotor ist Bestandteil eines durch eine Unruh ablaufgeregelten elektrischen Uhrwerkes. Diese Uhrwerke unterliegen im Abtri eb wechselnden Beaufschlagungen durch das Ziffernanzeigesystem der Digitaluhr, die nachteilig auf die Konstanz der Unruhantriebskraft zurückwirken. Die Anzeigegenauigkeit derartiger Digitaluhren ist deshalb in aller Regel beschränkt.
L's ist ferner eine transportable, der Sportzeitmessung dienende Digitaluhr mit Querzsteuerung und digitaler Anzeige durch Gallium-Arsenid-Dioden bekanntgeworden, bei welcher die Spcisung durch, einen Nickel-Cadmium-Sammler erfolgt. Der ',tromverbrauch des digitalen Anzeigesystemes dieser Uhr ist hoch und durch die Trennung zwischen Uhr- und Speiseeinheit deren Handhabung schwerfällig.
Diese für Spezialzweeke gedachteUhr ist als allgemeiner Zeitmesser nicht verwendbar.
Gemäß einem älteren Vorschlag der Anmelderin, wird eine derartige Ausgestaltung einer Quarzuhr mit Digitalanzeige und Troclenbatteriespeisl7ng vorgenommen, daß die Anzeigte durch von einem über die Teilerschaltung des Quarzes minütlich intermittierend eingeschalteten @leinstelektromotor angetriebene Minuten- und Stundentrommeln bewirkt wird, wobei der Elektromotor nach seiner Auslösung durch die dem Quarz nachgeordnete Teilerschaltung über den Bewegungs@@@ einer Anzeigeeinheit der Minutenanzeigetrommel@ durch einen von einer mitbewegten Nockenscheibe beaufschlagten Haltekontakt eingeschaltet bleibt.
Durch diese in diesem älteren Vorschlag aufgezeigte Lösung ist es möglich, eine Quarzuhr mit Digitalanzeige bei sehr kleinem, den Antrieb durch eine Trockenbatterie ermöglichenden Stromverbrauch zu verwirklichen. Bei dieser Quarzulir mit, Digitalanzeige nach dem älteren Vorschlag ist auch eine Funktion dann noch möglich, wenn neben Minuten- und Stundentrommeln noch weitere, bei @leichzeitiger Weiterschaltung einen nicht unerheblichen Kraftbedarf erfordernde Anzeigetrommeln für Datum und Wochentag zugeordnet sind.
Gemäß einem weiteren eigenen älteren Vorschlag ist den Minuten- und Stundentrommeln der vorstehend beschriebenen Quarzuhr mit Digitalanzeige eine weitere, die Sckunden anzeigende Anzeigetrommel zugeordnet, welche von einem Kleinstsynchronmotor angetrieben wir<i, der seinerseits durch eine Zwischenteilerfrequenz der auch zur Steuerung der Minutenanzeigetrommel dienenden Teilerstufenbatterie gespeist wird.
Dei dieser Anordnung ist zwar der Frequenzgang des Teilers für die Sekunden- und Minutenanzeige zwangsläufig gekoppelt, es besteht jedoch keine zwingende Abhängigkeit zwischen der Auslösung der Minutenweiterstellung und der Sekundenanzeige.
Diese Abhängigkeit ist aber dann von Bedeutung, wenn neben der Zeitanzeige auch sekundengenatte Minutenimpulse zu Synchronisations- und Steuerungszwecken verabfolgt werden sollen.
In der Uhrentechnik ergibt sich nämlich vielfach neben der reinen optischen Zeitanzeige auch die Notwendigkeit, genaue elektrische Zeit impulse zu verabfolgen. Dies gilt insbesondere fiir eine Quarzuhr, deren hohe Genauigkeit oftmals neben flir <iie reine Zeitanzeige auch ftir Signal gaben, Synchronisationen, Steuerungen usw. genutzt werden soll. Hie@bei sind auch Intervalle zu steuern, die kleiner als 1 Minute bzw. kein ganzes Vielfaches einer Minute sind, so daß also verhältnismäßig schnellbewegte, eine Beaufschlagung von Kontakten o.ä.
vornehmende Betätigungsglieder gegeben sein müssen, welche für eine nicht zu kleine Drehmomentsbelastung durch die zu betätigenden kontakte geeignet sind.
Bei der Anordnung nach dem silteren Vorschlag, welcher die Zuordnung einer Sekundenanzeige ztim Gegenstand Iint, ist es bei Abweichungen der Sekunden- und Minutenanzeigen voneinander verhältnismäßig schwierig, heide Anzeigetrommeln zu synchronisieren. In aller Regel wird zwar eine Abweichung nicht zu erwarten sein die Einstellung: ist jedoch auf jeden Fall bei der Inbetriebuahme der Uhr, sowie bei späterem Wechsel der Speiser tromquelle erforderlich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Quarzuhr mit Digitalanzeige zu schaffen, bei welcher eine zwangsläufige Steuerung der Minutenanzeige durch die Sekundenanzeige erfolgt, so daß dïe Weiterschaltung der Minutenanzeige stets nur dann erfolgen kann, wenn die Sekundenanzeigetrommel die volle Minute erreicht.
I)ie Erfindung lost die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Einschaltung des die Weiterstellung der Stunden- und Minutentrommeln bewirkenden Kleiustelektromotors durch einen von die Sekundenanzeigetrommel antreibenden Kleinstelektromotor über eine Nockenscheibe kurzzeitig beaufschlagbaren Kontakt erfolgt, und daß der die Sekundenanzeigetrommel nntreibenzle Kleinstelektromotor durch die dem Quarz nachgeordnete Teilerschaltung steuerbar ist und durch eine zugeordnete mannelle Stellvorrichtung,nach deren Betätigung momentan feststellbar itnd bei deren Freigabe wieder momentan antreibbar ist.
@i@@ zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der die Sekundenanzeige antreibende Kleinstmotor als eigengesteuerter, von der dem Quarz nach@eordneten Teilerschaltung synchronisierter, elektro-dynamischer Transistormotor mit permanentmagnetischem Rotor ausgebildet ist.
nierbei@ wird zweckmäßig eine derartige-Schaltun@sanordnung gewählt, daß der die Minuten- und Stundenanzeigeirommeln autr@ibende @lektrokleinstmotor über eine @ransistorstufe steuerbar ist, deren Eingang mit dem von der S@kundenanzeigetrommel betätigbaren Kontakt verbunden ist.
Mit der Anordnung nach der Erfindung sind wesentliche Vorteile verbunden.
Durch die Zuordnung des über eine Nockenscheibe den die Minuten-und Stundenanzeigetrommeln antreibenden Kleinstmotors steuernden und gleichzeitige die Sekundenanzeigetrommel antreibenden kl@instmotors ergibt sich bei noch tragbarem Stromverbrauch eine zwangsläufige Abhängigkeit der Minutenweiterschaltung von der Sekundenanzeige. Durch diese Abhängigkeit wird die Synchronisierung bzw. Einstellung der Uhr nach einem Zeitnormal -beis@ielsweise eine@ Rundfunkstation - erheblich vereinfacht und erleichtert.
Durch die Quarzuhr nach der Erfindung ist ein Anzeige- und Steuergerät geschaffen, das unabhängig vom Netz und bei kleinen räumlichen @bmessungen und günstigen preislichen @edingungen die Vornahme von Steuerungen und Signal@aben ermöglicht.
In den beigegebenen Zeichnungen ist die Erfindung im einzelnen dargestellt.
Is zeigen: figur 1 eine schematische Darsteilung des mechanischen Aufbaus der Quarzuhr mit Diaitalanzeige nach der Erfindung.
figur 2 eine Schaltungsanordnung der Quarzuhr mit Digitalanzeige nach der Erfindung.
In der Figur 1 stellt 1 ein U-förmiges Winkelteil dar, zwischen dessen Schenkeln 2 und 3 die Zeitanzeigetrommeln 4 - 6 und 50 eingehracht sind, wobei 50 die Sekundenanzeigetrommel, 4 die Einerminuten-Anzeigetrommel, 5 die Zehnerminuten-Anzeigetrommel und 6 die Stundenanzeigetrommel bedeuteu.
Die 4 Anzeigetrommeln tangieren eine gemeinsame Anzeigeebene.
Die Minutenanzeige ist nach Zehnern und Einern getrennt auf zwei verschiedenen Trommeln angeordnet, wobei die Zehnerminuten-Anzeigetrommel von der Einerminuten-Auzeigetrommel nach jeder vollen Umdrehung der letzteren jeweils um einen Dekadenschritt weitergestellt wird.
Die vorzugsweise 24-Stundeueinheiten umfassende Stundenanzeigetrommel @ hat eine Reihe von Neb@nanzeigetrommeln 8, 9 und 10 aufzuweisen, die aiit' zur Achse 7 der Stundenanzeigetrommel () parallelen Achsen drehbar gelagert sind und bei der Drehbewegung der Stundenanzeigetrommel 6 durch einen in dem Kulissenmantel 11 enthaltenen @nschlag um jeweils eine Schritteilung weitergestellt werden.
Als besonders vorteilhaft für die räumliche Gestaltung hat sich @ine Anordnung von 8 Nebentrommeln mit je 3 Anzeigeeinheiten erwiesen. Diese Nebenanzeigetrommeln 8 - 9 werden zweckmäßig aus Dreikantsäulen ausgebildet, wodurch sich eine günstige und großflächige Anzeige ereibt.
Auf der Traverse 12 des U-förmigen @inkelteiles 1 ist mit den Pfeilern 13 and @@hrauben 14 ein weiteres U-förmiges Einkelteil 13 befestigt, welches zwei @chenkel 1@ und 17 aufweist.
Die Achse 7 der Stundenanzeigetrommel 6 ist zwischen den Schenke@n 2 und 10, die Achse 18 der Zehnerminuten-Anzeigetrommel 5 zwischen den Schenkeln 16 und 17 und die Achse 19 der Einerminuten-Anzeigetrommel 4 zwischen den Schenkeln 17 und 3 gelagert. Die Achsen 7 und 18 sind @eststchend angeordnet, während die Achse 19 zwischen den Schenkeln 17 und 3 drehbar angeordnet ist. Alle drei Achsen 7, 18 und 1@ tragen nicht näher dargestellte Rasträder, gegen welche die Anzeigetrommeln 4, 5 und 6 vermittels eines durch eine federbelastete Klinke gebildeten @astwerkes rastend von Anzeigeeinheit zu Anzeigeeinheit verstellbar sind. Die Einerminuten-Anzeigetrommel 4 ist überdies über die Welle 1@ zusammen mit dem ihr zugeordneten Rastwerk verstellbar, so daß die Einerminuten-Anzeigetrommel 4 sowoh@ gegen ihre auf der Welle 19 fest angeordnete Rastbuchse schrittweise von @and als auch zusammen mit ihr durch die Welle 19 und das angetriebene Rad 32 verstellbar ist.
Der Antrieb der Welle 19 erfolgt durch den kleinstelektromotor 22 über dessen Ritzel 25 und nachgeordnete Getriebeglieder 24 - 30.
Das Getriebegli@d 30 bildet @usammen mit seiner Scheibe 30a und den Schaltritzel@ 30b, welches mit dem Antriebsrad 32 der Achse 19 in @ingriff steat, ein Zäblrollensehaltwerk. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 dreht sich das Getrieheglied @@ bei jeder um eine Anzeigeeinheit erfolgenden weiterstellun@ der Einer-Minutenanzeigetrommel 4 um eine volle Umdrenung, während welcher durch das Schaltritzel 30b das Zahnrad 32 der Welle 19 um eine @nzeigeeinheit beschleunigt weitergestell@ wird. Es ist @jedoch auch eine derartige Ausführung denkbar, daß sich das Getriebeglied 30 pro weitergeschalteter Anzeig@@ einheit der Einer-Einntenanzeigetrommel 4 unr um Bruchteile einer vollen @mdrehung weiterbeweg@, der u@@ang der Scheibe 30a also mehrere Stellzähne zur Weitersteilung des Schaltritzel@ 30b aufweist. Die entsprechende @imensionierung ist hier eine @ra@@ der Zweckmäßigkeit.
Dem Getriebeglied 30 ist eine Nockenscheibe 35 zugeordnet, welche durch eine @eder des Kontak@federsatzes 33 abgetast@@ wird. Ber Federsatz 33 steuert die Drehbewegungen des Kleinstelektromotors 22, die zur Weiterschaltung einer Anzeigeeinheit der Einer-Minutenanzeigetrommel 4 zu @ollf@hren sind.
Der Kleinstelektromotor 22 wird minütlich eingeschaltet und durch das ihm nachgeordnete Zählrollenschaltwerk 30, 30a, 30b wird hierbei eine schrittweise Weiterbewegung der Einer-Minutenanzeigetrommel 4 bewirkt, so daß mit jeder vollen Minute das vorn im Gehäuse in einer Blende sichtbare Anzeigebild wechselt.
@ei jeder vollen Umdrehung der Einer-@inuienanzeigetrommel 4 wird die zehner-Minutenanzeigetrommel 5 um eine Anzeigeeinheit weitergestellt. Dies @eschieht dadurch, indem die Trommel 5 über einen mit der Tro@met 4 beveglichen Anschlag anges@oßen und @ber das @@genüber ihrer festsichend angeordneten Nabe eine Verstellung ermöglichende Rasiwerk schließlich in eine neue @u@@igerosition ge@ührt und in dieser fixiert wird.
In ähnlicher @eise wird die Siundenanzeigeirommel 6 nach jeder vollen Umdrehung der Zehner-Minutenanzeigetrommel 5 über einen mit letzierer beweglichen Anschlag angestoßen und nach einer @@@issen @itfahrun@ von dem gegenüber der feststehenden @abe eine Weiterstellung ermöglichenden Rastwert in die neue Anzeigestellung geführt und in dieser festgestellt.
Diese Minuten- und Stundenanzeigevorrichtung ist im einzeluen in der Pat.Anmeldung P 20 19 965.9 und P 20 25 872,4 detailliert beschriehen, und es wird zur näheren Erläuterung auf diese verwiesen. Eine ins einzelne gehende Erläuterung erübrigt sich bei den vorliegenden Unterlagen, da diese Minuten- und Stundenanzeigevorrichtung nicht ausgesprochen Gegenstand der Er@indung sind.
Auf der Achse 19 ist die Sekundenanzeigetrommel 50 frei drehbar lan@end @elagert. Die Sckundenanzeigetrommel ist in einer Minute einmal um ihre Achse verdrehbar und weist stirnseitig die digitalen Sekundenbezeichnungen 00.. - @9 auf.
Seitlich an der @ckundenanzeigetrommel 50 ist ein verzahnter Absatz 31 @orgesehen, der mit einem Ritzel 32 in Eingriff steht. über weitere Getriebeglieder 33 - 53 steht die @ekundenanzeigetrommel 50 getriebemäßig mit dem Rotor 61 eines vorzu@sweise als selbstgesteuerter Transistormotor ausgehildeten Kleinstmotors 60 in Verbindung. Dieser kleinstmotor besteht aus dem um seine Achse 62 drehbaren, 2- oder mehrpolig längs seines Umfanges magnetisi@rten Rotor 61 der scheibenförmig ausgebildet ist und aus permanentmagnetischem Werkstoff besteht und den beiden Wicklungen W1 und W2, die den Rotor 61 jeweils umschließen und die hinsichtlich ihres Wicklungsquerschnittes an dessen Umfang angepaßt sind. Der Rotor 61 dreht sich also praktisch innerbalb der Spulen W1 und W2.
Die Drehzahl des Kleinstmotors 60 ist derart gewählt, daß dieser in der Sekunde etwa 5 - 10 Umdrehungen vollführt. Es sind jedoch auch Drehzahlen über oder unter diesen Drehzahlwerten möglich Aus der Figur 2 ist entnehmbar. daß die Wicklung W1 in den Eingang und die Wicklung W2 in den Ausgang eines Transistors T2 geschaltet sind. Zwischen den Wicklungen W1 und W2, dem Rotor 61 und dem Transistor T2 findet nun eine mechanisch-elektrische Rückkopplung statt, die zu einer ununterbrochenen Beaufschlagung des Rotors 61 durch die Wicklung W2 und zu einer ununterbrochenen Fortbewegung des itotors 61 führt. Die elektrische Kopplung zwischen den Wicklungen W1 und W2 ist derart gewählt, daß zusätzlich zu der mechanischen-elektrischen Rückkopplung noch eine die Anlaufbewegung des Rotors @1 begünstigende rein elektrische Rückkopplung über die beiden Wi@klungen W1 und W2 und den Transistor T2 stattfindet, die in ihrer Wirkung durch den zwischen kollektor und Basis des Transistors T2 ein@eschalteien Kondensator C5 entsprechend festgelegt werden kann. Die Anlaufneigung des @otors 60 kann ferner dadurch begünsti@t werden, indem die Basis des Transistors T2 vorgespannt wird, d.h. der mit dieser nicht verbundene Anschluß wll der Wicklung Wl ist - je nach den Widerstandsverhältnissen - direkt oder über einen Vorwiderstand nach + 1,5 V geführt.
Eine andere Maßnahme zur Begünstigung des Anlaufes des Rotors 61 könnte darin bestehen, diesem eine segmentartig ausgenommene Kupferscheibe zuzuordnen, die bei ihrem Einschwenken in die Wicklungen W1 und W2 eine die elektrische Kopplung zu den Wicklungen W 1 und W2 durch Dämpfung vermindernde Wirkung ausübt. Hierzu wird zweckmäßig dem Rotor 61 eine feste Ruhestellung vorgegeben, was beispielsweise durch einen in den Nähe des Rotors 61 angeordneten kleinen Dauermagneten erfolgen kann, welcher den Rotor 61 in nicht bestromtem Zustand der Wicklun-@en W1 und W2 in eine bestimmte Ruhestellung zwingt. Hierdurch wird sofort bei angelegter Spannung ein Anschwingen des aus den Wicklangen W1 und W2 und dem Transistor T2 bestehenden Rela@ationsoszillators erreicht,und durch den hierbei in der wicklung W2 ansgelösten Strom wird der Rotor 61 verstellt.
@ierdurch andert jedoch auch die dem Rotor 61 zugeordnete Kupferseheibe ihre Position, woduren der Relaxationsoszillator bedämpft wird.
Diesem Wechselspiel zwischen Schwingun@scinsatz und -dämpfung überlagert sich nun sofort die Wirkung der mechanischelektrischen Rückkopplung zwischen Rotor 61, den Wicklungen W1 und W2 und dem Transistor T2, so daß der Anlauf des Rotors @1 sichergestellt ist.
In der Figur 2 ist die Schaltungsanordnung der Quarzuhr mit Digitalanzeige nach der Erfindung dargestellt.
Der Quarz Q, der mit seiner Ziehkapazität Cz in R@ihe liegt, ist einerseits an den @emeinsamen Eingang 6 und andererseits an die zusammengeschalteten Ausgänge 8, 13 einer komplementärsymmetrischen MOS-Verstärkerstufe SQ angeschaltet. Eingang 6 und Ausgänge 8> 13 sind über zugeschaltete Kondensatoren Ci und C2 mit dem Minuspol der Speisestromquelle (-9 V) verbunden.
Durch zwei Widerstände R1 und R2 ist der Eingang der komplementär-symmetrischen MOS-Verstärkers@ufe gegenüber den Potentialen + 9 V und -9 V symmetriert und damit die Verstärkung der Stufe S< in eine reich hoher Steilheit angehoben.
Hierdurch wird die Anschwingneigung der Quarzschwingstufe erheblich begünstigt und deren Abhängigkeit gegen Spannungsschwankungen der Speisestromquelle ( 9 V) wesentlich vermindert.
Die Verstärkerstufe SQ wird über die Klemmen 7 und 14 über einen Verwiderstand R3 von der Stromquelle 9 V versorgt.
Die beiden zusammengeschalteten Ausgänge 8, 13 von SQ sind mit der Einga ngsklemme lo einer ebenfalls nach dem komplementär-symmetrischen MOS-Technologie arbeitenden Binärzählers STl verbunden, der iilier die Klemmen 8 und 16 von der Speisestromquelle (9 V) gespeist wird und über seine Ausgangs-Klemme @ mit der @ingangsklemme 1 eines weiteren, nach derselben Halbleiter-Technologie @ergestellten Binärzählers ST2 verbunden ist. Dieser zweite Binärzähler wird über seine Klemmen 7 und 14 von der Strom@uelle (9 V) versorat.
Die Wahl zweier @inärzähl@r @T@ und @T2 ist eine Frage der Zweckmäßigkeit. @ie ergibt sich aus dem von den Halbleiter-Firmen angebo@enen Programm an integrierten Schaltungen und nach der Anzahl der nach dem jeweiligen Fall erforderlichen @eilerstufen.
@s ist eine Drehzahl des Motors zwischen 5 und 10 Umdrehungen pro Sekunde vorgeschen. Da der Transistormotor 60 im Rhythmus dieser Drehzahlen synchronisiert wird, ergeben sich Prequenzen am Ausgang des letzten Teilers von 5 - 10 Hz, wenn man von der Möglichkeit einer Unter- oder übersynchronisation absicht und von einer Polpaarzahl des Rotors 61 von 1 ausgegangen wird.
Aus der nachfolgenden Aufstellung sind die sich hieraus ergebenden Teilerzahlen und Quarzfrequenzen einander gegenübergestellt: Polpaarzahl Drehzahl Drequenz Teilerzahl Quarz-Frequenz 1 5/sec 5 Hz 12 20,480 kHz 1 6/sec 6 Hz 12 12,288 kHz 1 7/sec 7 Hz 11 14,336 kHz 1 8/sec 8 Hz 11 16,384 kHz Polpaarzahl Drehzahl @requenz Teilerzahl Quarz-Frequenz 1 9/sec 9 Hz 11 18,452 kHz 1 10/sec 10 Hz 11 20,480 kHz Die 12- bzw. 11-stufigen Teiler werden zweckmäßig aus je zwei 6-teiligen bzw. aus je einem 6-teiligen und 3-teiligen integrierten Baustein zusammengestellt. Es ist selbstverständlich auch ein einziger 12- oder mehrteiliger integrierter Baustein verwendbar, der an dem entsprechenden Ausgang abgegriffen wird.
Am Ausgang der letzten Teilerstufe erscheint im Rhythmus der @reduenz jeweils + und -Potential, welches über den Kondensator C5 und den Widerstand R6 dem Transistor T1 zugeführt wird.
Erscheint an der Klemme 4 des Binärzählers ST2 -Potential, so kommt über +@ V Emitter T1, Basis T1, Widerstand R6, Kondensator C3, Klemme 4 von ST2 ein @adestromkreis zustande.
Transistor T1 wird kurzzeitig leitend, so daß ein zusätzlicher Stromkreis über +9 V, Emitter T1, Kollektor T1, Widerstand R7, Basis T2, Emitter T2 nach -9 V gebildet wird. Der Transistor T2 wird hierdurch mit seinem Eingang zusätzlich zu den ihm bereits von der Wicklung W1 übermittelten Steuerimpulsen ########## beaufschlagt, wodurch eine zusätzliche, Phasenlage und Drehzahl des Rotors 61 korrigierende, pulsierende Beaufschlagung durch die Wicklung W2 erreicht wird.
Schaltet das Potential an der Klemme 4 des Binärzählers ST2 in der zweiten Halbwelle des Schwingungszuges der geteilten Frequenz nach + um, so entlädt sich der kondensator C5 über die Di@de D, Potential +O V und Binärzähler ST2. Es findet also bei jedem Auftreten von -Potential am Ausgang von ST2 über den Transistor T1 eine kurzzeitige Bepulsung des Einganges von T2 statt, welche über diesen die Wirkung eines Drehzahlregulativs ausübt.
Der @leinstmotor 60 liegt mit seiner Wicklung w2 über die Klemme w22 an +Potential und über die Klemme w21 und den Transistor T2 an -Potential. Durch den rotierenden Rotor 61 wird Tortlanfend in der Wicklung W1 eine @echselspannung induziert, die über die Klemme w12 dem Eingang des Transistors T2 zuge@ührt wird. Die Drehbewegung des Rotors 61 wird also kontinuerilich aufrechterhalten und durch die zusätzliche Beaufschlagung des Transistors T2 über den @iderstand R7 im Rhythmus der Ausgangsfrequenz des Binärzählers ST2 synchronisiert. Die Drehbewegung des Rotors 61 wird durch die Getriebeglieder 56 - 51 auf die Drehzahl der Sekundenanzeigetrommel 50, in aller Regel 1/min untersetzt, so daß eine Kontinuierliche Fortbewegung der Sekundenanzeigetrommel 50 synchron zur Quarzfrequenz erfolgt.
Aus derFigur 1 ist ersichtlich, daß mit den Radscheiben 52 und 55 ein Ritzel 57 bewegt wird, das mit einem Rad 58 in Eingriff steht, welches mit der Nockenscheibe 59 fest verbunden ist. Rad 58 und Nockenscheibe 59 drehen sich synchron mit der Sckundenanzeigetrommel 50 und vollführen zweckmäßig ebenfalls in einer Minute eine volle Umdrehung. Der Umfang der Nockenscheibe 59 wird durch die Betätigungsfeder 64 des Federsatzes 63 abgefühlt.
Der Umfang 59 weist eine Lücke auf, in welche die Betätigungsfeder 65 dann einfällt, wenn die Sekundenanzeigetrommel 50 die Stellung 00 erreicht hat. In diesem Ausenblick wird der @ontakt 65 geschlossen und es kommt hierdurch für den @onden-Sator C4 folgender Ladestromkreis zustande: plus, Kontakt 63, Taste @Rsee, Kondensator C4, Widerstand R9, Widerstand R8, Basis des Transistors T5, Emitter T3, nach -.
Durch die Ladung des Kondensators C4 entsteht ein Stromstoß über den Transistor T5, wodurch der Motor 22 angeworfen wird.
über die diesem nachgeordneten Getriebeglieder 23 - 30 wird die Nockenscheibe 35 angetrieben, die kurz nach dem Anlauf des Motors 22 ihren Kontakt33 schließt und hierdurch den Eingang des Transistors T3, unter Umgehung des Kondensators C4 fortlaufend bestromt. Der Moter 22 bleibt dadurch über den Transistor T3 eingeschaltet. bis die Nockenscheibe 35 vorzugsweise eine volle Umdrehung vollfiihrt hat und tiie Betätigungsfeder 34 des Federsatzes 33 wieder in die an deren Umfang angebrachte Lücke einfällt. Der Bewegungsweg des Motors 22, der einer vorzugsweise vollen Umdrehung der Nockenscheibe 35 entspricht, ist ausreichend, um die Einer-Minutenanzeigetrommel 4 iiber das Schrittschaltwerk 30, xoa, 30b einen Anzeigeschritt sicher feiterzustellen.
Die Kontaktgaben beider Nockenscheiben 59 und 35 sind derart gegeneinander abgestimmt, daß- der Kontakt 63 erst dann öffnet, wenn der Kontakt 33 sich geschlossen hat.
Für einen kurzen Augenblick sind also beide Kontakte 33 und 63 geschlossen, so daß der Kondensator C4 über folgenden Stromkreis geschlossen wird: Kondensator C4, Widerstand @9, Kontakt @@, Kontakt 63, Taste TRse@, zurück nach C4.
Kondensator C4 wird so augenblicklich entladen und steht für die nächste Impulsgabe zur Verfügung.
Zur Synchronisierung der Sekundenanzeige ist die Taste TRsec vorgesehen. Bei deren Betätigung wird der Kontakt 63 von dem Kondensator C4 ab- und an den Widerstand Rlo angeschaltet, der andererseits mit der Basis des Transistors T2 verbunden ist.
Nach der Betätigung von TRsec erfolgt zunächst eine ungehinderte Weiterbewegung der Sekundenanzeige 50 durch den Kleinstmotor 60, bis der Kontakt 63 durch die Nockenscheibe 59 geschlossen wird.
Es entsteht ein Stromkreis von +, Kontakt 63, Taste TRsec, Widerstand HC, Isasis des Transistors T2, Emitter T2 nach -.
Der Transistor T2 wird durchgesteuert und die Wicklung W2 wird kontinuierlich bestromt. Dadurch wird der Motor 61 im Magnetfeld der Wicklung W2 sofort gebremst und bleibt steheii.
Dieser Zustand bleibt fiir die Dauer der Betätigung des Schalters TRsec aufrechterhalten. Ist das Zeitzeichen eingetreten, so wird im gleichen Augenblick die Taste TRsec freigegeben und diese schaltet auf deii Kondensator C4 zurii'ck. I)a im gleichen Augenblick der Kondankt 63 der Nockenscheibe 59 noch geschlossen ist, wird der Transistor T3 über den Ladestrom über den Kondensa@ 4 ausgelöst und der Motor 22 schaltet die Minutenanzeige trommel um eine Anzeigeeinheit weiter.
Mit der Rückschaltung von TRsec wird die Bestromung des Transistors T2 über den Widerstand RC unterbrochen und der Kleinstmotor 60 läuft wieder an. Der sichere Anlauf wird einmal durch die direkte Rückkopplung zwischen den Wicklungen W2 und W1, die Vorspannung der Basis des Transistors T2 über die Wicklung W1, sowie durch die Rückwirkung des dem Rotor 61 zugeordueten feststehenden Permanentmagneten sichergestellt.
Die Einstellung der Minuten- (4,5) und Stundentrommeln (6) erfolgt durch manuelle Stellmittel. Derartige Stellmittel sind in der Patentanmeldung 1> 2c 28 679.7, v. 11.06.70 im einzelnen beschrieben und dargestellt. Es wird zur näheren Erläuterung auf diese Pat.Anmeldung verwiesen, da diese Stellmittel nicht ausgesprochen Gegenstand der vorliegenden Unterlagen sind.
Mit Rücksicht auf die Stabilität der Schaltung werden Zeitfrequenzteil und Antriebsteil durch unterschiedliche Stromquellen versorgt. Dadurch ist einmal die Möglichkeit gegeben, für die Speisung des Zeitfrequenzteiles eine optimale Spannung ( 9 V ) zu wählen, andererseits wird eine Rückwirkung des Kleinstelektromotors 22 auf den Zeitfrequenzteil durch eine womögliche hohe Stromaufnahme bei übergroßer Belastung vermieden.
Die Stromaufnahme des Zeitfrequenzteiles ist gering (ca. 40 µA), so daß ohne weiteres dessen Versorgung mit einer Trockenbatterie der Normreihe IEC 6F 22 über einen Zeitraum von ca. 1 Jahr möglich ist. Zur Speisung des Antriebsteiles wird zweckmäßig eine 1-zellige Trockenbatterie verwendet.
Die Stromversorgung durch zwei unabhängige Stromquellen (Trockenbatterien) wurde unter Berücksichtigung der Eigenschaften der z.Zt. verfügbaren MOS-Bausteine gewählt.
Der rasche technische Fortschritt auf diesem Gebiet wird in @ürze die Speisung durch zwei unabhängige Stromquellen (Trockenbatterien) entbehrlich machen.
In der Schaltungsanordnung nach Figur 2 ist der Kondensator C4 mit einem Widerstand R9 in Reihe geschaltet. Dieser Widerstand hat den Zweck, bei der Überbrückung des @ondensators C4 durch die Kontakte 33, 36 und die Taste TRsec die Entladung zu dämpfen. Der parallel zum Motor 22 gelegte Widerstand R4 dient zur Bedämpfung induktiver Spannungsspitzen und zur Egalisierung des Auslaufens des @otors nach dessen Abschaltung.
Anstelle der aufgeführten, zur Sicherstellung des Anlaufes des Kleinstmotors 60 dienenden Maßnahmen, ist auch die Anwendung einer rein mechanisch arbeitenden Einrichtung möglich, welche derart funktioniert, daß bei Freigabe des Motorrotors 61 vermittels der Taste TRsec dieser von letzterer mechanisch momentan angeworfen wird. Eine derartige Einrichtung ist aus der Uhrentechnik zur Inbetriebsetzung von unruhgesteuerten Uhrwerken bekannt. Die Anwendung einer solchen rein mechanischen Einrichtung hätte den wesentlichen Vorteil, daß der Stromverbrauch des die Sekundenanzeige 50 antreibenden Kleinstmotors 60 nicht unerheblich gesenkt werden könnte.
Praktisch wäre eine solche Verwirklichung denkbar, daß eine mit dem Betätigungsglied der Taste TRsec verbundene Blattfeder bei der Freigabe des Betätigungsgliedes Rurzzeitig den Umfang des Roters 61 streift und diesen in die gewünschte Richtung anwirft. Das Betätigungsglied der Taste TRsec ist zweckmäßig von außen zugänglich, so daß zu dessen Betätigung ein Öffnen des Gehäuses nicht no@wendig ist.
Sinngemäß könnte beim Gegenstand der Erfindung als Antriebsmotor der Stimmgabelmotor der Zusatz-Patentanmeldung P 21 13 927.5, v. 23.03.71 der Anmelderin, welche einen älteren Vorschlag darstellt, Verwendung finden. Der dort vorgeschlagene Stimmgabelmotor wäre derart abzuwandeIn, daß eine Figenerregung durch eine zugeordnete Transistorschaltung erfolgt, welche über die dem Quarz nachgeordnete Teilerschaltung synchronisiert wird.
Für den Einsatz des Gegenstandes nach der Erfindung für Signal- und Steuerzwecke ergeben sich vielfache Möglichkeiten, so kann beispielsweise tler von dem Kleinstelektromotor ho betätigbare Kontakt 63 über die Klemme a und + angeschlossen une mit einer außenliegenden Schaltung verbunden werden.
Statt dessen kaun er auch der Sekundenanzeige 50 eine weitere Nockenscheibe 59 und ein zusätzlicher Kontakt 63 zugeordnet werden, so daß eine von der internen Schaltung der Quarzuhr völlig unabhängige Kontaktgabe möglich ist.
Nine solche Anordnung ist dann zweckmäßig, wenn während einer Minute mehrere Kontaktgaben zu signal- und Steuerzwecken erfolgen sollen.
Die von derSekundenanzeige 50 betätigbare Nontakteinrichtung kann nun mit abhängig von der Minuien- und Stundenanzeige hetätigbaren Nontakten zusammengeschaltet werden. Hierzu weisen Einerminuten- und Stundenanzeigetrommeln Verzahnung 64' uiiti 65' auf, die mit die zusätzlichen Noclven- und Schaltscheiben antreibenden Getriebegliedern verbunden sein können. Hierzu wij'd auf einen älteren Vorschlag der Anmelderin verwiesen, der unter der deutschen OS 1 965 205 veröffentlicht wurde lind wer eher derartige, von der Minuten- und Stundenanzeigetrommel antroibbare und mit diesen verstellbare Schalteinrichtungen zum Gegenstand hat.
Durch diese Zusammenschaltung werden sekundengenaue, kurzzeitige Signalgaben ermöglicht, die in einer durch größere zeitliche Abstände gekennzeichneten Aufeinanderfolge verabfolgt werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Quarzuhr mit digitaier Zeitanzeige und Speisung durch eine netzunahhän@ige Stromquelle, vorzug@weist Trockenbaiterie, bei welcher die Anzeige durch von einem intermittierend eingeschalteten Kleinstelektromotor angetrichene Minuten- und Stundenanzeigetrommeln und durch eine von einem @or@laufend arbeitenden Kleiustelektromotor angetriebene Sekundenanzeigetrommel bewirkt wird, und die Quarzschwingschaltung und die dieser nachgeordneten @r@@uenzteilerstu@en wenigstens zum @eil in form von integrierten Rausteinen ausgebildet sind und der den Antrieb der Stunden- und Minutenanzeigetrommeln bewirkende kleins@elektromotor durch einen Impuls angetrieben wird und durch einen vermittels einer von diesem Motor angetriebenen @ockenscheibe gesteuerten Kontakt über einen einer Anzeigeeinheit der Minutenanzeigetrommel entsprechenden Bewegungsweg eingeschaltet bleibt und tellmittel zur Korrektur der Zeitanzeige vorgeschen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung des die Weiterstellung der Stunden-(6) und @inutenanzei@etrommeln (4, 5) bewirkenden Kleinstelektromotors (22) durch einen vom die Sekundenanzeigetrommel (50) antreibenden Kleinstelektromotor (60 ) über eine @oe@enscheibe (@@) @urzzeitig beaufschlagbaren @ontakt (63) erfolet, und daß dieser die @ekundenanzeige-@rommel (50) antreiebende @leinstelektromotor (60) durch die dem Quarz (9) nachgeordnete Teilerschaltung (ST1, ST2) steuerbar ist und durch eine zugeordnete @tellvorrichtung (TRsec) nach deren Betätigung momentan fests@ellbar und bei deren @rei@abe (@@sec) wieder momentan antreibbar ist.

2. Quarzuhr mit digitaler zeitanzeige, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da@ der die elundenanzeige (50) antreibenden @leinstelektromotor (60) als eigengesteuerter, von der dem @uarz nachgeordneten Teilerschaltung (ST1, ST2) syschronisierbarer, elektro-dynamischer fransistormotor (W1, W2, @2, @1) mit permanenmagnetischem Rotor (61) @usgebildet ist.

3. Quarzuhr mit digitaler zeitanzeige, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die @innten- (4, 5) und Stundenanzeigetrommeln (6) antreibende Kleinstelektromotor (22) über eine transistorstufe (T3) steuerbar ist, deren Eingang mit dem von der Sekundenanzeigetrommel (50) betätigbaren @ontakt (63) verbunden ist.

4. Quarzuhr mit digitaler Zeitanzeige, nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis zwischen den vom die @ekundenanzei@etrommel (@0) autreibenden Kleinstelektromotor (@0) betätigten @onta@t (63) und der Basis des dem @leinstelektromotor (22) vor@eordneten @ransisters (T@) ein Kondensator (C4) eingeschaltet ist, der durch den, dem den Antrieb der Minuten- und Stundenenzeigetremme@@ (4, 5, 6) vornehmenden @leinstelektromotor (22) zugeordneten kontakt (3@) überbrückbar ist.

3. Quarzuhr mit digitaler Zeitanzeige, nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis zwischen dem,@om den Antrieb der Sekundenanzeige (50) vornehmenden Kleinsteiektromotor (60) betätigten @ontakt (63) und dem diesem nachgeschalteten Kondensator (C4) manuell durch einen Schalter (TRsec) vom Kondensator (C4) ab- und an die Basis des Transistors (T2) dieses Kleinstelektromotors (60) anschaltbar und beim Fintreffen eines Zeitzeichens zur Einleitung des nächsten Fortstellimpulses an den Kondensator (C4) rückschaltbar ist.

6. Quarzuhr mit di@italer zeitanzeige, nach @uspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Teilers (@@@, ST2) über einen an diesen abwechselnd lad- und entladharen @ondensator (C5) mit dem Lingang eines @ransistors (T1) verbunden ist, dessen Ausgang an die Basis des, dem die Sekundenanzeige (50) antreibenden Kleinstelektromotors zugeordneien Transistors (@2) @@scha@tet ist.

7. Quarzuhr mit digitaler Zeitanzeige, nach Anspruch 1@, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der am Teilerausgang (ST1, ST2) liegende Kondensator (C5) mit seinem anderen Anschluß über einen Widerstand (R 6) an die Basis des Transistors (T1) und über eine Diode (D) an den Emitter dieses Transistors (T1) geschaltet ist.

8. Quarzuhr mit digitaler Zeitanzeige, nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Freigabe der Stelleinrich@ung (TRsec)m der Sekundenanzeige (50) der Rotor (61) des die Sekundenanzeige (50) antreibenden Kleinstelektromotors (60) mechanisch anwerfbar ist.