DE2309598A1

DE2309598A1 - Antrieb fuer schaltuhren oder dergleichen

Info

Publication number: DE2309598A1
Application number: DE19732309598
Authority: DE
Inventors: Reiner Kuenzel
Original assignee: CENTRA BUERKLE KG ALBERT
Current assignee: CENTRA BUERKLE KG ALBERT
Priority date: 1973-02-26
Filing date: 1973-02-26
Publication date: 1974-09-05
Also published as: SE398174B; BE811565A; NL7402513A; US3922588A; ATA49774A; GB1447906A; CH600420B5; FR2219514A1; FR2219514B1; IT1003564B; CH91574A4; AT336126B; CA1018249A

Description

Dr.-ing. DiD-.-Phyfl. OSKAR KON IG Patentanwalt 2309598

Deutsche Bank AG Stuttgart Telefon: (0711) 628561 Konto Nr. 89, CO300 Telegramm: Koenigpat 7000.STUTTGART-1, Klüpfelstraße 6 Postecheck Stgt.84919

Postfach 51

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ZENTRA Albert Bürkle Kommanditgesellschaft Schönaich

Antrieb für Schaltuhren oder dergleichen

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Schaltuhren oder dergleichen mit einem Synchronmotor und mit Gangreserve, wobei der Synchronmotor an ein an ein Versorgungsnetz anschließbares Netzteil angeschlossen ist und die Gangreserve

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einen über das Netzteil mittels einer Aufladeschaltung selbsttätig aufladbaren Akkumulator (Akku) aufweist, der eine elektronische Schaltungsanordnung der Gangreserve speist, die eine den Synchronmotor bei Metzausfall antreibende Wechselspannung erzeugt.

Mit Schaltuhr oder dergleichen ist im Sinne der Erfindung jede Art einer von einem Synchronmotor angetriebenen, in Abhängigkeit der Zeit Schaltvorgänge auslösenden Zeitschaltvorrichtung bezeichnet, gleichgültig ob sie außer den zeitabhängig betätigten Schaltmitteln noch eine Zeitanzeige hat oder nicht.

Bei einem bekannten Schaltuhrantrieb (OS 2 o58 798) v/ird bei Ausfall der Netzspannung die Basisspannung an einem Transistor der die Ausgangswechselspannung erzeugenden Schaltungsanordnung durch einen als Pufferbatterie vorgeschalteten Akku (Kurzbezeichnung für Akkumulator)so verändert, daß der Transistor niederohmig wird und dadurch eine elektronische Kippstufe oder ein Oszillator von dem Akku über den Transistor gespeist wird und in bestimmtem Zeitrhythmus einen Elektromagneten erregt, der über mechanische Antriebsmittel Antriebsstöße in das Räderwerk der Schaltuhr überträgt. Dieser Antrieb der Schaltuhr bei Netzausfall erfordert aufwendige mechanische Maßnahmen, um die Antriebsstöße des Elektromagneten in das Räderwerk der Schaltuhr zu übertragen und während dieser übertragung den Synchronmotor von der durch den Elektromagneten angetriebenen Gruppe des Räderwerkes abzukuppeln. Auch ruß

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die Frequenz der Kippstufe oder des Oszillators sehr niedrig sein, um keine den Akku rasch erschöpfende Ausgangsleistung aufbringen zu müssen. Solch niedrige Frequenzen lassen sich jedoch nur mit baulich aufwendigen Mitteln genau genug erzeugen und falls man keinen sehr hohen Aufwand treibt, können sich während des Antriebes durch die Gangreserve erhebliche üngenauigkeiten der Zeitverstellung der Schaltuhr ergeben.

In der Beschreibungseinleitung dieser OS 2 o58 798 ist ferner ein Stand der Technik beschrieben, gemäß dem für die Gangreserve ein Akku vorgesehen ist, der nach Ausfall der Netzspannung über eine nicht näher beschriebene elektronische Baugruppe, die den zur Verfügung stehenden Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, den Synchronmotor betreibt, wobei dies jedoch nur kurze Zeit möglich ist, d.h., die Dauer der Gangreserve stark eingeschränkt ist.

Die Erfindung bezweckt, eine besonders vorteilhafte Schaltungsanordnung für Schaltuhrantriebe mit elektronischer, akkugespeister Gangreserve zu schaffen, die u. a. die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die elektronische Schaltungsanordnung bei beiden Betriebsarten (Antrieb des Synchronmotors durch Netz- oder Gangreserve) der Schaltuhr ausgangsseitig ständig an die Wicklung des Synchronmotors und eingangsseitig ständig an den Akku angekoppelt ist und daß durch die Netzspannung beeinflußte Schaltmittel vorgesehen sind, die bei Speisung der Schaltuhr mit Netzspannung das Auftreten der Ausgangswechselspannung der Gangreserve verhindern.

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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung werden zahlreiche Vorteile erzielt, unter anderem folgende:

Da die elektronische Schaltungsanordnung der Gangreserve eingangsseitig ständig an den Akku und ausgangsseitig ständig an die Wicklung des Synchronmotors angekoppelt ist, entfallen in den Zu- und Ableitungen zu und von dieser Schaltungsanordnung Schalttransistoren. An solchen Schalttransistoren entstehen stets Spannungsabfälle, die durch eine entsprechend größere Akkuspannung ausgeglichen werden müßten. Hierdurch würde der Akku baulich aufwendiger und es ist auch praktisch ausgeschlossen, einen einzelligen Akku für den Gangreservebetrieb des Synchronmotors vorzusehen, sofern man nicht einen Spannungsvervielfacher zusätzlich vorsieht. Die Erfindung schafft dagegen insbesondere auch die vorzugsweise vorgesehene Möglichkeit, daß als Akku ein einzelliger Akku ohne Nachteil verwendet werden kann, der vorzugsweise als Nickel-Kadmium-Akku ausgebildet sein kann, der zweckmäßig Sinterelektroden aufweisen kann. Damit ist der bauliche Aufwand für den Akku minimal und es werden Raum und Kosten gespart.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Schaltungsanordnung der Gangreserve keine Spannungsvervielfachenden Mittel (Spannungsvervielfacher) aufweist, d.h., daß der Akku alle bei Gangreservebetrieb Speisespannung benötigenden Komponenten der elektronischen Schaltungsanordnung direkt speist. Die Ausgangsspannungen besonders geeigneter einzelliger Akkus betragen in der Regel ca. 1, 1 bis 1,3 Volt. Bei der vorzugsweise vorgesehenen Verwendung von Nickel-Kadmium-Akkus ist auch gewährleistet, daß Tiefentladungen über einen län-

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geren Zeitraum die Lebensdauer des Akkus nicht beeinträchtigen. Lagerung und Versand sind unproblematisch. Es lassen sich selbst mittels marktgängiger, gasdichter Akkus von beispielsweise 0,5 Amperestunden ohne weiteres den üblichen Anforderungen entsprechende Laufzeiten der Gangreserve von zumindest mehreren Stunden erzielen, indem man einen Synchronmotor geringer Leistungsaufnahme einsetzt. Vorzugsweise ist vorgesehen, Synchronmotoren einer Leistungsaufnahme von weniger als 0,1 Watt, insbesondere von ungefähr 3o bis 8o Milliwatt und zweckmäßig einer Nennspannung von weniger als 1 Volt, vorzugsweise von ungefähr 0,5 Volt einzusetzen. Ein solcher Synchronmotor kann beispielsweise folgende Daten haben:

Nennspannung: 0,5 V_e^^ Leistungsaufnahme: ca. 50 mW Drehmoment: ca. 0,5 pcm Nenndrehzahl: 375 U/min

Falls der bauliche Aufwand für einen Spannungsvervielfacher tragbar ist, kann iran auch Synchronmotoren vorsehen, deren Nennspannung größer oder sogar wesentlich größer als die Speisespannung des Akkus sein kann.

Es versteht sich, daß man bei der erfindungsgemäßen Lösung schaltungstechnisch darauf zu achten hat, daß die Elektronik der Gangreserve bei Neczbetrieb durch die Netzspannung nicht störend beeinflußt wird, damit es nicht zur Zerstörung elektronischer Komponenten kommt. Dies läßt sich zum Beispiel zweckmäßig durch einen geeignet dimensionierten Spannungsteiler, der an Netzspannung 1 iegtf^drer^ie Netzspannung kann auf kleine Spannungen heruntertransformiert sein, usw..

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Ferner kann die Schaltung zweckmäßig auch so getroffen, beispielsweise dimensioniert sein, daß ihr Wirkungsgrad bei Gangreservebetrieb nicht durch eine niederohmige Belastung des Netzes störend reduziert wird, was sich ebenebenfalls beispielsweise durch den vorerwähnten Spannungsteiler oder durch andere geeignete Maßnahmen, zum Beispiel Zenerdioden, erreichen läßt.

Ein weiteren Vorteil ist, daß die Schaltuhr nicht vollständig ausfällt, falls die Elektronik der Gangreserve defekt werden sollte, da der Netzbetrieb der Schaltuhr auch bei defekter Elektronik beliebig lange fortgesetzt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einiger bevorzugter AusfUhrungsbeispiele noch naher und in weiteren Einzelheiten beschrieben, wobei e3 sich versteht, daß die Erfindung in zahlreichen weiteren Ausführungsformen verwirklicht werden kann.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild der Antriebssteuerung eines Synchronmotors einer nicht in allen Einzelheiten dargestellten Schaltuhr gemä£ einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Variante des Schaltbildes nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Variante des Schaltbildes nach Fig. 1.

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Bei den in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen der Erfindung handelt es sich um erprobte Ausführ ungsformen/ so daß auch nachfolgend nicht im einzelnen beschriebene, aus der Zeichnung ersichtliche, schaltungstechnische Details für die betreffende Ausführungsform zweckmäßig sind.

Die voll ausgezogenen Strompfeile der Zeichnung geben den Stromverlauf bei Netzbetrieb an. Die strichpunktierten Strompfeile gelten für Gangreservebetrieb.

In Fig. 1 ist ein Kleinst-Synchronmotor 1 einer Schaltuhr oder dergleichen dargestellt, der über ein nur ausschnittsweise angedeutetes Rädergetriebe 2 nicht dargestellte Schaltkontakte, Schalter oder dergleichen zum Ein- und Ausschalten von ebenfalls nicht dargestellten Stromkreisen schaltet. Bei der Schaltuhr kann es sich um irgendeine Schaltuhr handeln, die vorzugsweise dem tageszeitlichen und/oder kaiendermäßigen Schalten von Schaltvorgängen dient, beispielsweise in Verbindung mit Heizungs- oder Klimaanlagen, Klingelanlagen und so weiter.

An den Eingangsklemmen R und Mp der dargestellten Schaltung kann eine Netzwechselspannung von beispielsweise 22o Volt angelegt werden. Der Synchronmotor kann in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel z.B. besonders zweckmäßig eine Leistungsaufnahme von ca. 5o mW und eine Nennspannung von ca. 0,5 V haben. Sein Abtriebsdrehmoment reicht zum Antrieb der Schaltuhr aus.

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Bei Netzbetrieb wird die Schaltung unmittelbar aus dem 22o Volt Versorgungsnetz gespeist. Als Frequenznormal dient deshalb die übliche Netzfrequenz von 5o Hz. Um die Verluste und damit die Eigenerwärmung der gesamten Schaltung klein zu halten, ist in die an R angeschlossene Leitung ein Kondensator 3 als strombegrenzender Wechselstromwiderstand eingesetzt. Der Kapazitätswert des Kondensators 3 richtet sich nach dem geforderten Strom I.. Der Kondensator 3 ist durch einen hochohmigen Widerstand 4 überbrückt, der aus Sicherheitsgründen vorgesehen ist, um den Kondensator 3 zu entladen, wenn die Schaltung vom Versorgungsnetz abgeschaltet werden muß, z.B. für Reparaturzwecke.

Die Nennspannung von ca. 0,5 V f^ für den Synchronmotor 1 ergibt sich aus dem Spannungsverhältnis: Wechselstromwiderstand des Kondensators 3, Widerstand 5, Wechselstromwiderstand der Wicklung des Motors 1. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Gesamtspannungsabfall an dem Widerstand 5 und der Wicklung des Motors 1 zweckmäßig nicht größer sein als es zum Aufladen des Akkus 9 notwendig ist.

Damit eine größtmögliche Entkopplung bei Gangreservebetrieb gegeben ist und deren Wirkungsgrad nicht durch eine niederohmige Belastung des Versorgungsnetzes reduziert wird, ist die Schaltung zweckmäßig so zu dimensionieren, daß die Summe des Scheinwiderstandes des Kondensators 3 und des Widerstandes 5 wesentlich größer ist als der Schein-

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widerstand der Motorwicklung des Motors 1. Der Akku 9 kann bei der erfindungsgeiräßen Schaltung ein einzelliger Akku sein und ist vorzugsweise ein Nickel-Kadmium-Akku. Er wirr" während des Netzbetriebes über den Widerstand 6 und den Gleichrichter 8 mit einem Strom I,. im Pufferbetrieb aesneist.

Die Größe des Ladestromes I, ist so qetroffen, daß der Akk·.: durch den Netzstrom voll geladen werden kann und geladen

bleibt, solange das Netz nicht ausfällt. Die Pole des .\kk« Q sine ständig an die Gangreserve-Elektronik und den Motor 1, '-i^Q dargestellt, widerstandsfrei galvanisch angeschlossen.

Die elektronische Schaltung der Gangreserve weist einen al?. Block dargestellten Oszillator 11 und eine als Schalt- ur.^ Verstärkerstufe dienende Endstufe 18 auf. Bei nicht zu hohen Anforderungen an die Zeitgenauigkeit der Gangreserve kann der Oszillator beispielsweise ein Multivibrator sein, der mit 5o Hz schwingt und ungefähr gleichgroße Ein- und Ausschaltzeiten hat. An seinen Ausgängen Al und A2, wo *2 gleich Al ist, treten geqenphasige Signale auf, die über Leitungen 41, 42 und die Eingänge El, E2 die Stufe 18 direkt ansteuern.

Falls dagegen ein Oszillator verwendet wird, dessen Puscancsfrequenz größer als 5o Hz ist, z. B. ein Quarzoszillator, fallen die Leitungen 41, 42 fort und man schaltet die Ausgange Al und A2 den Eingängen eines als Block dargestellten Frequenzteilers 12 auf, an dessen beiden Ausgängen gegenphasige 5o Hz-Signale auftreten, mit denen die Endstufe 18 über ihre Eingänge El und E2 angesteuert wird. Besonders zweckmäßig ist es, den Oszillator 11 als Quarzoszillator auszubilden.

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Die Schaltstufe 18 weist ausgangsseitig Schalttransistoren 16 und 17 auf, die im Prinzip als Gegentakt-B-Verstärker arbeiten. Statt der üblichen Anordnung als Emitterfolger wurden hier die Transistoren 16 und 17 als Emitterverstärker geschaltet, d.h., daß ihre Kollektoren miteinander verbunden sind. Dies hat den Vorteil, daß die an dem einzelligen Akku 9 zur Verfügung stehende Spannung (Spannungshub) von ca. 1,1 bis 1,3 V für die Aussteuerung der Transistoren 16 und 17 in die Sättigung ohne SpannungsVervielfachung ausreichend ist. Ein Treibertransistor 15 dient der Potentialverschiebung für Transistor 17.

Die Speiseeingänge der Baugruppen 11 und 18 und, bei Vorhandensein der Baugruppe 12 auch deren Speiseeingänge,, sind galvanisch direkt mit den beiden Polen des Akku 9 verbunden, d.h., ohne in Serie zum Akku liegende Schaltmittel an den Akku 9 angeschlossen, da die Speisespannung des einzelligen Akku 9 für die Versorgung dieser Baugruppen 11, 12 und 18 ausreichend ist und die auf der Ausgangsleitung 43 der Endstufe 18 auftretende Ausgangsspannung, welche bei Netzausfall den Synchronmotor 1 speist, ohne Einsatz irgendeines Spannungsvervielfachers die erforderliche Nennspannung von 0,5 aufweisen kann, indem alle Speisespannung benötigenden Komponenten der Schaltungsanordnung der Gangreserve direkt an den Akku 9 und der Ausgang der Endstufe 18 direkt an den Motor 1 ohne Zwischenschaltung von Schalttransistoren angekoppelt sind, so daß kein Spannungsabfall aufcritt. Die Ausgangsleitung 43, in welche ein Kondensator 19 zwischengeschaltet ist, ist an die Verbindungsleitung zwischen dem Widerstand 5 und dem Synchronmotor ange-

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geschlossen. Das andere Wicklungsende des Motors 1 ist an die Leitung 44 angeschlossen, an welche auch ein Pol des Akku 9 galvanisch direkt angeschlossen ist.

Um zu erreichen, daß bei Netzbetrieb am Ausgang der Endstufe 18 kein Ausgangswechselsignal auftritt ,weist diese Stufe Transistoren 13 und 14 auf, deren Basisleitungen an eine Leitung 45 angeschlossen sind, in die ein Gleichrichter 7 zwischengeschaltet ist und die an die vom Netz gespeiste Leitung 46 zwischen dem Widerstand 6 und dem Ladegleichrichter 8 angeschlossen ist. Die Emitter dieser Transistoren 13, 14 sind an die Leitung 44 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 14 ist an die Basis des Treibertransistors 15 und der Kollektor des Transistors 13 ist an die Basis des Transistors 16 angeschlossen. Die Basis des Transistors 15 ist ferner an den Eingang E2 und die Basis des Transistors 16 an den Eingang El der Stufe 18 angeschlossen.

Bei Netzbetrieb bewirken die Transistoren 13 und 14 durch Beeinflussung der Potentiale der an die Eingänge El und E2 angeschlossenen Steuerleitungen, daß die Transistoren 16 und 17 gesperrt werden, so daß die Gangreserve den Netzbetrieb nicht beeinflußt. Das Signal für diese Sperrung (Entkopplung) liefert der nur bei Netzspannung vorhandene Strom I4 . über den Gleichrichter 7 und die Leitung 4 5 gelangt die positive Netzhalbwelle an die Basis der Transistoren 13 und 14. Ihre Kollektorpotentiale werden negativ, so daß sie die Transistoren 15, 16 und 17 unabhängig von den Eingangs-

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Signalen an den Eingängen El und E2 der Stufe 18 sperren. Während der negativen Halbwelle wird der Transistor 13 bzw. 14 durch einen vorher von der positiven Halbwelle aufgeladenen Kondensator Io angesteuert, der zwischen die Leitungen 44 und 45 zwischengeschaltet ist. Eine unerwünschte rückwirkende Aussteuerung der Transistoren 13 und 14 bei Gangreservebetrieb durch den Spannungsabfall am Synchronmotor 1 ist wegen den zu überwindenden Schwellspannungen des Gleichrichters 7 und den Basis-Emitter-Dioden der Transistoren 13 bzw. 14 nicht möglich.

Bei Netzausfall werden die Transistoren 13 und 14 gesperrt, also sind ihre Kollektor-Emitter-Strecken hochohmig. Sie können die Ausgangsspannung der Gangreserve nicht beeinflussen.

Bei positivem Eingangssignal am Eingang E2 wird dann der Transistor 15 leitend und sein Kollektorpotential verändert sich dabei nach negativen Werten. Dadurch wird auch der Transistor 17 leitend und es ergibt sich ein Strom I_C1 vom positiven Pol des Akku 9 über den Transistor 17, den Kondensator 19 und den Synchronmotor 1. Bei einer angenommenen Frequenz von 5o Hz wird dabei Jer Kondensator 19 während einer Dauer von Io Millisekunden (Halbperiode) aufgeladen. Wird nun ir.it Beginn der nächsten Halbperiode der Eingang El der Stufe 18 positiv, dann wird der Transistor 16 leitend und die im Kondensator 19 vorher gespeicherte Ladung liefert nun den Strom Ip,f der in der Leitung 4 3 entgegengesetzt zum Strom Ip. verläuft. Damit ändert sich auch die Stromrichtung im Synchronmotor 1 mit der vorgegebenen Frequenz von 5o Hz und der M>tor läuft mit seiner Nenndrehzahl.

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Die Höhe der Spannung für den Synchronmotor 1 bei Gangreservebetrieb bestimmen die Transistoren 16 und 17. Es ist daher zweckmäßig, hier Transistoren mit kleiner KoI-lektor-Emitter-Spannung zu verwenden, oder diese invers zu betreiben (Kollektor-Emitter vertauscht). Infolge des geringen Leistungsbedarfs des Motors 1 vermag bereits ein Akku 9 geringer Energiekapazität bei Ausfall der Netzspannung den Motor 1 über die elektronische Schaltungsanordnung der Gangreserve mehrere Stunden lang zu betreiben, was stets ausreichend für den Gangreservebetrieb ist, da ein Netzausfall normalerweise höchstens wenige Stunden dauert. Außerdem wurde statt der üblichen Anordnung der Gegentakt-Endstufe als Emitterfolgereine Anordnung als Emitterverstärker (beide Kollektoren verbunden) gewählt, damit eine Übersteuerung der Transistoren 16 und 17 möglich ist. Der Spannungsabfall an der Kollektor-Emitter-Strecke beträgt in diesem Fall nur noch einige Millivolt.

Sobald der Netzausfall beendet ist, werden die Transistoren und 14 durch den Strom I. wieder geöffnet und sperren das Entstehen einer Ausgangswechselspannung auf der Leitung 43.

In den Figuren 2 und 3 sind Teile, die Teilen der Fig. 1 entsprechen oder entsprechen können, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Ansteuerung des Synchronmotors 1 durch die Endstufe der elektronischen Schaltungsanordnung der Gangreserve kann aus kosten- und platzsparenden Gründen auch ohne Kondensator 19 erfolgen. Ein vorteilhaftes Prinzip dieser Art zeigt Fig. 2. Aufbau und Funktion entsprechen im wesentlichen der beschriebenen Anordnung nach Fig. 1, so daß sich die Schaltungsbeschreibung kurz halten kann und sich nur auf wichtigsten Un-

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terschiede zur Fig. 1 bezieht.

Die Wicklung des Synchronmotors 1 liegt im Falle der Fig. 2 in der Diagonalen einer Brückenschaltung aus vier Transistoren 22_f 23, 24 und 25 einer Schalt- und Verstärkerstufe 18", die auch die Endstufe der Elektronik der Gangreserve ist. Die Transistoren 26 und 27 sind Treiberstufen und dienen zur Potentialverschiebung für die Transistoren 22 und 23. Die Basis des Transistors 26 ist an Steuereingang El und die des Transistors 27 an den Steuereingang E2 der Stufe 18' angeschlossen. Die Transistoren 13 und 14 bilden wie im Falle der Fig.l die Schaltmittel, um das Auftreten einer Ausgangswechselspannung der Endstufe 18' bei Netzbetrieb zu verhindern. Ihre Kollektoren sind deshalb an die Zuleitungen zu den Basen der Transistoren 27, 25 bzw. 26, 24 angeschlossen und ihre Easen und ihre Emitter in gleicher Weise wie im Falle der Fig. 1 geschaltet, so daß sich diese Transistoren 13, 14 nicht spannungsvermindernd auf die Ausgangswecheelspannung auswirken, um ebenfalls mit einem einzelligen Akku 9 bei einer Nennspannung des Motors 1 von ca. 0,5 V auszukommen. Diese Transistoren 13 und 14 sperren die Stufe 18· während des Netzbetriebes in gleicher Weise wie im Falle der Fig. 1, d.h. daß sie die an ihre Kollektoren angeschlossenen Leitungen der Stufe 18* während des Netzbetriebes auf solche negativen Potentiale bringen, daß die auch bei Netzpotential an die Eingänge El und E2 gelangenden, um phasenverschobenen 5o Hz-Steuersignale die Transistoren 22 bis 27 nicht zu entsperren vermögen.

Falls erwünscht, kann man anstatt die Endstufe 18/zu sperren, den Oszillator 11 während des Netzbetriebes anhalten.

Wenn das Netz ausfällt, werden die Transistoren 13 und 14 bleibend gesperrt. Bei positivem Eingangssignal am Eingang

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El öffnet dann der Transistor 24 und mittels des Transistors 26 auch der Transistor 23. Damit ergibt sich ein Stromfluß I_M1 vom positiven Pol des Akku 9 über den Transistor 23, den Synchronmotor 1 und den Transistor 24 zum anderen Pol des Akku 9. Während der nachfolgenden Halbperiode der Steuerspannung ist der Eingang El Hull oder negativ. Die Transistoren 23 und 24 sind dann gesperrt. Während dieser Halbperiode ist jedoch das Steuersignal am Eingang E2 positiv. Hierdurch werden die Transistoren 22, 25 und 27 geöffnet und damit leitend und es fließt durch die Wicklung des Synchronmotors 1 ein Strom I.,, *ⁿ Gegenrichtung zum vorangehenden Stron I_M1· Der Strom i_M2 fließt vom positiven Pol des Akkus 9 Jber den Transistor 22, die Wicklung des Synchronmotors 1 und den Transistor 25 zum anderen Pol des Akku 9. Damit wird auch bei Netzausfall der Synchrohmotor 1 durch die Schaltungsanordnung der Gangreserve mit seiner Nenndrehzahl angetrieben.

Parallel zu den Transistoren 22, 23, 24 und 25 sind Siliciurr.-Dioden geschaltet, damit die beim Umschalten des Motors 1 auftretenden Induktionsenergien abgeleitet werden können. Bei relativ niedriger Induktion des Motors 1 können diese Dioden entfallen.

Damit der Wirkungsgrad der dargestellten Gangreserve nicht reduziert wird, ist es zweckmäßig, den Widerstand 5 wesentlich größer zu machen als den Wechselstromwiderstand der Motorwicklung 1, was ohne weiteres möglich ist, wie man aus der Schaltung leicht erkennt.

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Der Leitungsverlauf, durch welchen bei Netzbetrieb der den Motor 1 speisende Strom fließt, ist in allen Figuren durch dicker als die übrigen Leitungen gezeichnete Leitungen verdeutlicht.

Die Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 und 2 setzen bei Verwendung eines einzelligen Akkus, dessen Speisespannung etwa 1,1 bis 1,3V beträgt, normalerweise voraus, daß die Nennspannung des Synchronmotors kleiner oder gleich ungefähr 0,5/ist. Will man Synchronmotoren mit höherer Nennspannung verwenden, so muß man entweder mehrere Akkuzellen in Reihe schalten oder mit üblichen Spannungsvervielfachungsschaltungen die notwendige höhere Betriebsspannung der Gangreserve erzeugen. Aus kosten- und platzsparenden Gründen, sowie wegen ihres hohen Wirkungsgrades eignen sich hierbei besonders Sperrwandler zur SpannungsVervielfachung.

Eine Schaltungsanordnung, die für den Gangreservebetrieb von Synchronmotoren geeignet ist, deren Nennspannung so groß ist, daß ein Spannungsvervielfacher für die Gangreserve erforderlich ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Der Synchronmotor kann beispielsweise folgende Daten haben:

Nennspannung: 3 Vf^

Leistungsaufnahme: 35 mW

Drehmoment: 0,5 pcm

Nenndrehzahl: 375 U/min

Es versteht sich, da£> auch Synchronmotoren anderer Daten vorgesehen sein können.

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Da die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 in zahlreicher. Teilen ähnlich oder gleich der nach der Fig. 1 ist, werden nachfolgend nur die zu Fig. 1 bestehenden wesentlichen Unterschiede näher beschrieben.

Ein als Sperrwandler 32 ausgebildeter Spannungsvervielfacher liefert am Ausgang A3 eine Spannung solcher Höhe, daß am Ausgang der Endstufe 18, die der Schaltstufe 18 nach Fig. 1 unter Weglassung der Transistoren 13, 14 entspricht, eine für den Betrieb des Synchronmotors 1 durch die Gangreserve ausreichende Spannung auftritt. Die Ausgangsspannung des Sperrwandlers 32 speist auch den Oszillator 11 und, falls vorhanden, den Frequenzteiler 12.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schaltmittel zum Verhindern einer Ausgangswechselspannung auf der Leitung 4 3 bei Netzbetrieb vorteilhaft nicht in die Stufe 18, sondern in den Sperrwandler 32 eingebaut. Sie könnten jedoch auch in die Stufe 18 oder in die Gruppen 11 bzw. 12 eingebaut sein. In diesem Ausführungsbeispiel schwingt deshalb der Oszillator 13 nur bei Gangreservebetrieb, nicht jedoch bei Netzbetrieb.

Bei Netzbetrieb wird durch einen Haltestrom I₄ die Spannungserzeugung im Sperrwandler 32 unterbunden, indem die positive Halbwelle der Sekundärnpannung eines primärseitig an die Netz-

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spannung angeschlossenen Transformators 28 über eine Zenerdiode 3o, Widerstand 6 und Gleichrichter 7 an die Basis eines Transistors 34 gelangt, dessen Kollektor-Potential dann negativer wird und dadurch den Transistor 33 des Sperrschwingers 31 sperrt. Während der negativen Halbwelle wird dar Transistor 34 durch einen vorher von der positiven Halbwelle aufgeladenen Kondensator 35 ausgesteuert und so der Transistor 33 ebenfalls gesperrt. Bei Ausfall der Netzspannung wird der .Sperrschwinger 31 entsperrt und der Oszillator 11 erregt, so daß am Ausgang der Endstufe 18 ein den Synchronmotor 1 in Betrieb haltender Wechselstrom auftritt.

Eine nicht beabsichtigte rückwirkende Aussteuerung des Transistors 34 bei Gangreservebetrieb ist wegen der Schwellspannung der Zenerdiode 3o nicht möglich.

Der Einsatz des Transformators 28 ist nicht grundsätzlich erforderlich, sondern es soll hiermit nur angedeutet werden, daß durch einfache Modifikation der kapazitive Vorwiderstand 3 und der Entladewiderstand 4, wie sie in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 vorgesehen sind, entfallen können. Dies kann notwendig sein, falls eine galvanische Trennung von 22o V-Versorgjngsnetz gefordert ist.

Es versteht sich, daß die Erfindung in zahlreichen weiteren Ausführungeformen verwirktlicht werden kann. Auch die dargestellten Ausführungsbeispiele lassen zahlreiche Abwandlungen

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zu. So ist es zwar im allgemeinen besonders vorteilhaft, daß der Oszillator zwei in Gegentakt oszillierende Ausgangsspannungen liefert, wie es in den Ausführungsbeispielen dargestellt ist, doch kann man in vielen Fällen auch vorsehen, daß der Oszillator eine einzige oszillierende Spannung liefert, die gegebenenfalls direkt oder über mindestens eine Verstarker und/oder Schaltstufe den Synchronmotor bei Gangreservebetrieb speist.

In Fig. 1 ist strichpunktiert eine ^rteilhafte Variante der Eingangsschaltung dargestellt, bei der der Widerstand 6 von der Stelle 36 abgetrennt und über einen Kondensator 3¹ an die Eingangsklemme R angeschlossen ist

Dies hat u. a. den Vorteil, dall der Spannungsabfall an dem Spannungsteiler - Widerstand 5, Scheinwiderstand der Motorwicklung 1 - wesentlich kleiner gewählt werden kann, da dieser Spannungsabfall nicht mehr als Ladespannung für den Akku 9 dient. Der Widerstand 5 dient bei dieser Variante nur als Schutzwiderstand, der niederohmig gewählt wenden kann. Die Leistungsaufnahme und somit die Eigenerwärmung der gesamten Schaltungsanordnung kann deshalb auf ein Minimum reduziert werden. Außerdem erfolgt eine zusätzliche Entkopplung zwischen Netz- und Gangreserve-Betrieb.

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Claims

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Patentansprüche

Antrieb für Schaltuhren oder dergleichen mit einem Synchronmotor und mit Gangreserve, wobei der Synchronmotor an ein an ein Versorgungsnetz anschließbares Netzteil angeschlossen ist und die Gangreserve einen über das Netzteil mittels einer Aufladeschaltung selbsttätig aufladbaren Akkumulator (Akku) aufweist, der eine elektronische Schaltungsanordnung der Gangreserve speist, die eine den Synchronmotor bei Netzausfall antreibende Wechselspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltungsanordnung (11, 12, 18; 11, 12, 18¹; 11, 12, 18, 32) bei beiden Betriebsarten (Antrieb des Synchronmotors durch Netz- oder Gangreserve) der Schaltuhr ausgangsseitig ständig an die Wicklung des Synchronmotors (1) und eingangsseitig ständig an den Akku (9)

durch
angekoppelt ist und daß/die Netzspannung beeinflußte Schaltmittel (13, 14; 34) vorgesehen sind, die bei Speisung der Schaltuhr mit Netzspannung das Auftreten der Ausgangswechselspannung der Gangreserve verhindern.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel mindestens einen durch vom Netzteil der Schaltuhr beeinflußten Transistor (13, 14; 34) aufweisen, der mindestens einen Transistor (15, 16,17; 22 - 27; 33) der elektronischen Schaltungsanordnung der Gangreserve bei vorhandener Netzspannung sperrt, vorzugsweise durch Beeinflussung des Steuerpotentials dieses Transistors, vorzugsweise seiner Basisspannung.

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3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Akku (9) ein einzelliger Akku ist, vorzugsweise
eine Nickel-Kadmium-Zelle.
4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (1) eine Leistungsaufnahme von weniger als 0,1 Watt, vorzugsweise von ungefähr 3o bis 8o Milliwatt hat.
5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor (1) eine Nennspannung von weniger als 1 Volt, vorzugsweise von ungefähr
0,5 Volt hat.
6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung der Gangreserve an
den Synchronmotor Ί) kapazitiv (Fig. 1, 3)ist.
7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung der Gangreserve an den Synchronmotor (1) galvanisch ist (2).
8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gangreserve einen elektronischen Oszillator (11) mit zwei Ausgängen, vorzugsweise einen
quarzgesteuerten Oszillator aufweist, dessen Ausgänge ge-

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genphasige Steuersignale führen, die je nach Eigenfrequenz direkt oder über einen Frequenzteiler (12) die Ausgangswechselspannung der Gangreserve bestimmen.
9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge des Oszillators (11) beziehungsweise des Frequenzteilers (12) mindestens ein im Gegentakt arbeitendes Transistorpaar (16, 17; 22, 23 und 24, 25) einer Endstufe der elektronischen Schaltungsanordnung steuern.
lo. Antrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das im Gegentakt arbeitende Transistorpaar als Emitterverstärker geschaltet ist.
11. Einrichtung nach »inem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (11) der Gangreserve bei Betrieb der Schaltuhr ständig schwingt (Figuren 1, 2) .
12. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akku (9) alle bei Gangreservebetrieb Speisespannung benötigenden Komponenten der elektronischen Schaltungsanordnung direkt speist (Fig. 1, 2),

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13. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gangreserve einen von dem Akku (9) gespeisten elektronischen Spannungsvervielfacher, vorzugsweise einen Sperrschwinger (32) aufweist.
14. Antrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsvervielfacher (32) die übrige Elektronik der Gangreserve speist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß der Spannungsvervielfacher durch die Schaltmittel (35) bei Vorhandensein von Netzspannung gesperrt und bei Ausfall der Netzspannung entsperrt ist.
15. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akku (9) in einem zu einem Spannungsteiler (1, 5) parallel geschalteten Stromzweig angeordnet ist, daß der Spannungsteiler einen Widerstand (5) und in Reihe mit diesem die Wicklung des Synchronmotors (1) aufweist, daß der Spannungsteiler über eine Strorrbegrenzungskomponente, vorzugsweise einen Kondensator (3) , dem ein Entladewiderstand (4) parallel geschaltet ist, an Netzspannung angeschlossen ist und daß ein Ausgang der Gangreserve über einen Kondensator (19) an den Spannungsteiler zwischen einen Anschluß der Wicklung und den Widerstand (5) und der andere Ausgang der Gangreserve an den anderen Anschluß der Wicklung des Synchronmotors (1) angekoppelt ist.

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16. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Akku (9) über einen Kondensator (3¹)» einen ohmschen Widerstand (6) und einen Gleichrichter (8) an das Netz angeschlossen ist.
17. Antrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei galvanischer Ankopplung des Synchronmotors (1) an die Gangreserve die Endstufe (18') der Gangreserve eine elektrische Brücke aufweist, in deren vier Brückenzweigen Transistoren (22 - 25) angeordnet sind, die bei Gangreservebetrieb so angesteuert werden, daß sie sich paarweise im Gegentakt öffnen und schließen und daß die Wicklung des Synchronmotors in die Brückendiagonale der elektrischen Brücke zwischengeschaltet ist.

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