DE2730366C2 - Kompensationsschaltung für schrittweise fortschaltbare elektrische Uhren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE-OS 22 00 477 ist bereits eine derartige Anordnung bekannt, bei der bis auf die letzte Stufe mindestens einige der vorhergehenden mit einem Rückstellkreis verbunden sind, über den diese zur Zeigerverstellung in ihre Ruhelage verstellt werden sollen. Hierdurch wird die Zeigerfortschaltung bis zur erneuten Freigabe der Rückstellung angehalten, wodurch eine negative Zeigerkorrektur erzielt werden kann. Nach Freigabe der Rückstellung wird um eine durch die Anzahl der zurückgestellten Stufen bestimmte Zeitdauer verkürzt wieder ein Fortschalteimpuls erzeugt, der die sekundenweise Fortschaltung der Zeiger bewirkt.

Durch mehrmaliges Betätigen der Rückstelleinrichtung innerhalb einer kurzen Zeitdauer erfolgt eine mehrmalige Zeigerfortschaltung um jeweils einen Sekundenschritt, woraufhin nach der letzten Freigabe der Rückstellung die normale Zeigerfortschaltung im Sekundenrhytlimus wieder aufgenommen wird. Diese mehrmalige Zeigerfortschaltung kann sehr schnell aufeinanderfolgend durchgeführt werden, da die Zeitspanne zwischen der Freigabe der Rückstellung und der Erzeugung des ersten neuen Fortschalteimpulses durch die Rückstellung des Frequenzteilers gegenüber dem Zeitintervall zwischen zwei normalen Fortschaltimpulsen um einen vorgegebenen Betrag verkürzt wird, eier so gewählt werden kann, daß der erste Fortschalteimpuls unmittelbar nach der Freigabe der Rückstellung erzeugt wird. Dariiberhinaus sollen bei der bekannten Anordnung invertierende Schaltmittel beziehungsweise Treiberversiärker die Antriebsspule des Schrittmotors wechselzeitig mit Impulsen einander entgegengesetzter Richtung betreiben, wozu die beiden Ausgänge der letzten Kippstufe des Frequenzteilers mit je einem der beiden invertierenden Schaltmittel verbunden sind und über je eine Torschaltung durch vorhergehende Stufen des Frequenzteilers so auf diese einwirken, daß die sekundenweise Fortschaltung mit einer zur Fortschaltung ausreichenden Dauer des Fortschalteimpulses erfolgt Dabei soll zum einen die Fortschaltung unmittelbar und zum anderen räch genau einer weiteren Sekunde erfolgen. Nach der Freigabe der Rückstellung erfolgt die weitere Ansteuerung der Antriebsspule aus einer definierten Stellung heraus, die durch die zuvor erfolgte Rückstellung einiger, gegebenenfalls aller der letzten Stufe vorhergehenden Stufen bestimmt ist Eine sekundenrichtige Einstellung der Zeiger einer derartigen Anordnung läßt sich daher nicht auf Grund eines Zeitvergleichs durchführen.

Durch die DE-OS 22 56 540 ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der ein Frequenzteiler über seine beiden Ausgänge und nachgeschaltete Inverter die Antriebsspule des Schrittmotors mit Impulsen wechselnder Richtung versorgt und eine Schnellkorrektureinrichtung die Zeigerverstellung ermöglicht. Dabei dienen die Inverter zur Anpassung der Verzögerung in den beiden Ausgangsleitungen zwischen dem Frequenzteiler und der Antriebsspule, in deren einer eine als NOR-Gatter ausgebildete UND-Schaltung für die Einspeisung der Signale aus der Schnellkorrektureinrichtung eingeschleift ist. die eine Invertierung in der anderen Ausgangsleitung erforderlich macht, während die weiteren Inverter die Treiberverstärker für die Antriebsspule darstellen; eine gemeinsame Ansteuerung der Inverter an beiden Enden der Antriebsspule vom gleichen Ausgang des Frequenzteilers her ist hier nicht vorgenommen. Die Zeigerverstellung erfolgt bei der bekannten Anordnung mittels der vom Benutzer eingegebenen Signale, die einen Verstellimpuls vorgegebener Breite bewirken, was durch einen vom Frequenzteiler abgenommenen Takt bestimmt ist.
Durch die DE-OS 23 08 056 ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der die Antriebsspule des Schrittmotors über Inverter und einen in Reihe dazu liegenden Kondensator mit Impulsen wechselnder Richtung angesteuert wird. Dabei dient der Kondensator zur Spannungsverdopplung der Antriebsspannung, wobei er durch geeignete Ansteuerung von elektronischen Schaltern nach erfolgter Aufladung in Reihe mit der Speisestromqüelle an die Antriebsspule angeschaltet wird.
Durch die DE-AS 21 05 706 ist bereits eine Anord-

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nung bekannt, bei der ein Frequenzteiler über einen Zeitraum zwischen der Freigabe der Rückstelleinrich-

Schalter in seine Ruhelage zurückgestellt werden kann, tung bzw. des Rückstellknopfes bis zur Erzeugung des

wobei das Eingangssignal unterbrochen wird. Außer- ersten Impulses als Ausgang des Frequenzteilers, der

dem kann ein bei der bekannten Anordnung gegebe- kleiner ist als das Impulsintervall zwischen den aufein-

nenfalls vorhandener Verstärker bei vorübergehendem 5 anderfolgenden, yon dem Frequenzteiler ausgegebenen

Stillsetzen der Uhr gesperrt werden, um eine Energieer- Impulsen, derart korrigiert bzw. kompensiert, daß der

sparnis zu erzielen. Sekundenzeiger entsprechend der Einstellung auf eine

Alle diese Anordnungen gestatten gegebenenfalls ei- Normalzeit exakt bewegt wird.

ne schrittweise Verstellung der Zeiger in einem gegen- Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform

über dem Rhythmus der Fortschalteimpulse höheren 10 der Erfindung zur Erläuterung der einzelnen Merkmale

und vom Benutzer abhängigen Verstellrhythmus, oiine anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

jedoch eine definierte Verstellung aufgrund eines Zeit- F i g. 1 die Schaltungsanordnung der erfindungsge<nä-

vergleichs exakt zu ermöglichen. ßen Kompensationsschaltung,

Bei den bekannten elektronischen Uhren, die eine F i g. 2 eine Darstellung des in F i g. 1 verwendeten

Rückstellschaltung enthalten, wird ein Steuerimpuls für 15 Frequenzteilers, und

einen Schrittschaltmotor genau oder etwa eine Sekunde F i g. 3 den Signalverlauf an wesentlichen Teilen der nach Freigabe der Rückstellung erzeugt Bei einer elek- erfmdungsgemäßen Schaltung,
ironischen Uhr mit Schrittschaltmotor, d. h. mit einer Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung enthält eine schrittweisen Fortstellung des Sekundenzeigers wird Schwingschaltung 4, einen Quarzkristall 1 und Kündender Sekundenzeiger nicht unmittelbar wieder in Bewe- 20 satoren 2,3, die mit der Oszillatorschaltung 4 verbunden gung gesetzt, sondern wird einige 10 Millisekunden sind. Die von dem Oszillator bzw. der Schwingschaltung nach Erzeugung eines Steuerimpulses wieder in Bewe- 4 erzeugten Impulse haben eine Frequenz von gung gesetzt nachdem die Rückstellung freigegeben ist 4,194304 MHz. Diese Impulse Cp werden gemäß F i g. 1 Wenn eine derartige Uhr außerdem auf die Normalzeit einem Frequenzteiler zugeführt, der aus Flipflopschalentsprechend dem Fernsehen, Radio, Telefon oder der- 25 tungen besteht Die Frequenz der Impulse Cp wird im gleichen eingestellt wird, wird die Rückstellung im allge- Frequenzteiler aufeinanderfolgend geteilt, so daß ein meinen über einen Rückstellschalter von Hand wieder Ausgangssignal Qa von der 23. Flipflopschaltung erhalfreigegeben, der an der Uhr vorgesehen ist, nachdem die ten wird, weiches eine Frequenz von 0,5 Hz hat Eine Übereinstimmung mit der Normalzeit mit den Ohren Steuer- oder Antriebsschaltung besteht aus Invertern 6, oder Augen festgestellt ist Aufgrund der manuellen Be- 30 7, 8 und ist an den Ausgang Q₂₃ des Frequenzteilers 5 tätigung tritt somit eine Verzögerung auf, die normaler- angeschlossen, wie aus F i g. 1 hervorgeht Die Ausgäntveise im Bereich von etwa 100 bis 200 Millisekunüen ge 6a, 8a der inverter 6, 8 hängen vom Zustand des liegt Wenn somit die Rückstellung nach Feststellung Signals Qa ab und sind zueinander phasenverkehrt, der Übereinstimmung mit der Normalzeit freigegeben Wenn zum Beispiel das Ausgangssignal Qa einen hohen wird, wird die Uhr unvermeidlich auf einen späteren 35 Pegel hat, ergibt sich am Anschluß 6a ein niedriger Pe-Zeitpunkt gegenüber der Normalzeit eingestellt, weil gel und am Anschluß 8a ein hoher Pegel. Der hohe der Steuerimpuls von der Schaltung erst nach einer Se- Signalpegel ist nachfolgend mit »1« angegeben, wähkunde abgegeben wird. Auf diese Weise ist es schwierig, rend der niedrige Signalpegel mit »0« bezeichnet ist
eine exakte Zeiteinstellung der Uhr zu erreichen. Ein Kondensator 9 und eine Antriebswicklung 10 sind

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Korn- 40 mit den Ausgängen 6a, 8a der Antriebsschaltung verpensationsschaltung zu schaffen, mit der die vorstehend bunden; die einander entgegengesetzten Signale an den beschriebenen Schwierigkeiten und Nachteile bei elek- Ausgängen 6a, 8a ergeben sich abwechselnd zu »1« oder tronischen Uhren beseitigt sind und insbesondere eine zu »0« in Zeitintervallen von einer Sekunde und bewirexakte Zeiteinstellung durch Zeitvergleich ermöglicht ken Stromflüsse wechselnder Richtung über den Konwird, bei der die menschliche Reaktionszeit und die 45 densator 9 zur Antriebsspule 10. Ein nichtgezeigter schaltungsbedingten Verzögerungsarten berücksichtigt Schrittschaltmotor wird durch diesen Strom in Betrieb sind. gesetzt und somit wird der Sekundenzeiger weiterbe-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Ge- wegt

genstand des Pate ntanspruchs gelöst. Der Frequenzteiler 5 weist einen Rückstellanschluß R

Die Erfindung schafft somit eine Kompensations- 50 auf, der über einen Rückstellschalter 12 an den positiven

schaltung für ein Zeitverzögerungs bzw. zeitliche Nach- Anschluß der Spannungsquclle geschaltet ist; der Rück-

eilung, die bei Uhren mit Zeiger und Schrittschaltmotor Stellschalter 12 selbst läßt sich durch einen Rückstell-

nach Freigabe des Rückstellungsknopfes auftritt Der knopf betätigen, der an der betreffenden Uhr vorgese-

Schrittschaltmotor wird über eine Schaltung, bestehend hen ist Der Rückstellschalter 12 ist im Betriebszustand

aus einem Quarzkristallschwinger und einem Frequenz- 55 der Uhr geöffnet. Wenn der Rückstellschalter 12 zur

teiler, angesteuert, wobei diese Schaltung eine Rück- Einstellung des Sekundenzeigers geschlossen wird, wird

Stellschaltung aufweist Die erfindungsgemäße Korn- der Frequenzteiler zurückgestellt

pensationsschaltung kompensiert somit eine Zeitverzö- F i g. 2 gibt Einzelheiten des in F i g. 1 verwendeten

gerung, d. h. das verzögerte Ansprechen des Sekunden- Frequenzteilers 5 an. Die F i g. 1 entsprechenden Teile

zeigers im Hinblick auf eine Weiterbewegung nach Aus- 60 sind in F i g. 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der

führung einer Rückstellung bzw. Einstellung. Mit der Frequenzteiler 5 besteht aus eine/ Reihe von insgesamt

erfmdungsgemäßen Kompensationsschaltung läßt sich 23 Flipflopschaltungen FFl, FF2 FF23, die in einer

daher eine äußerst exakte Einstellung bei Uhren errei- Kaskadenschaltung vorgesehen sind, wie dies in F i g. 2

chen, die einen Schrittschaltmotor als Antrieb enthalten. angedeutet ist Die Ausgangssignale Q der Flipflop-

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Uhren mit ei- 65 schalungen FFl bis FF20 werden in die jeweils nach-

nem Schrittschaltmotor für den Sekundenantrieb, die folgenden Flipflopschaltungen FF2 bis FF21 eingege-

einen Quarzkristallschwinger und einen Frequenzteiler ben, und die Ausgangssignale Q der Flipflopschaltungen

mit einer Rückstellschaltung enthalten; dabei wird der FF21 und FF22 werden in die jeweils nachfolgenden

Flipflopschaltungen FF22 und FF23 angegeben. Die Ausgangssignale Q und Q sind gegenphasig zueinander. Wenn ein Impuls an den Eingang irgendeiner der Flipflopschaltungen angelegt wird, schaltet dessen Ausgang Q oder Q in die jeweils andere Phase, d. h. von »1« auf »0« oder von »0« auf»1«.

Die Flipflopschaltung FF1 empfängt den Ausgangspuls Cp mit einer Frequenz von 4,194304 MHz, der von dem Oszillator 4 nach F i g, 1 erzeugt wird. An den Ausgang Qa der letzten Flipflopschaltung FF23 sind die Inverter 6, 7, 8 der Antriebsschaltung angeschlossen. Der Kondensator 9 und die Antriebswicklung 10 sind jeweils mit den Ausgängen der Inverter 6 und 8 verbunden, wie dies aus F i g. 1 und 2 hervorgeht. Die Rückstellanschlüsse R der Flipflopschaltungen des Frequenztellers sind jeweils miteinander verbunden, und über den Rückstellschalter 12 an den positiven Pol der Spannungsquelle 11 angeschlossen.

Unter Bezugnahme auf F i g. 3 wird im folgenden <iie Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung erläutert Im Betriebszustand der Uhr, d. h. während des normalen Betriebs, ist der Rückstellschalter 12 geöffnet, so daß ein Taktimpuls Cp mit der Frequenz 4,194304 MHz, dei vom Oszillator abgegeben wird, an den Frequenzteiler 5 angelegt wird. Die Frequenz wird aufeinanderfolgend durch die entsprechenden Flipflopschaltungen geteilt Die Flipflopschaltungen FF20, FF21, FF22 und FF23 erzeugen Ausgangssignale mit einer Frequenz von 4 bzw. 2 bzw. 1 bzw. 0,5 Hz. Das letzte Ausgangssignal Q₂₃ wird über den Inverter 6 oder über die Inverter 7,8 der Antriebsschaltung an den Kondensator 9 und die Antriebswicklung 10 angelegt; demzufolge erfolgt nacheinander die Invertierung differenzierter Ströme mit Intervallen von einer Sekunde, wobei diese Ströme durch die Antriebswicklung 10 fließen, wodurch der nichtgezeigte Schrittschaltmotor in Betrieb gesetzt wird.

Wenn der Rückstellschalter 12 geschlossen ist, um eine Einstellung der Uhr zu ermöglichen, sind die entsprechenden Rückstellanschlüsse R der Flipflopschaltungen FFl bis FF 23 des Frequenzteilers 5 mit dem positiven Pol der Spannungsauelle verbunden, so daß di<; Flipflopschaltungen zurückgestellt werden. Jedes Ausgangssignal Q liefert somit ein Signal »0« und jeder Ausgang Q ein Signal »1«. Da dann das Ausgangssignal Q₂₃ mit Sicherheit »0« ist, wird der Ausgang 6a der Antriebsschaltung auf dem Signalwert »1« und der Ausgang 8a auf dem Signal 0« gehalten, demzufolge fließt kein Strom durch die Antriebswicklung 10.

Wenn der Rückstellschalter 12 wieder geöffnet wird, um eine Zeiteinstellung entsprechend der Normalzeitanzeige im Fernsehen, im Radio od. dgl. auszuführen, wird der erste neue Impuls der mit einer Frequenz von 4,194304 MHz, vom Oszillator erzeugten Impulsfolge Cp an die Flipflopschaltung FF1 angelegt, deren Ausgangssignal Ql von »1« auf »0« umschaltet; entsprechendes ergibt sich bezüglich der Ausgänge Q₂ bis Q20 der Flipflops FF 2 bis FF20 in ähnlicher Weise. Der Ausgang Q₂I des Flipflops FF21, der Ausgang Q22 des Flipflops FF22 und der Ausgang Q₂₃ des Ausgang Q21 des Flipflops FF21, der Ausgang Q₂₃ des Flipflops FF23 schalten dann jeweils von »0« auf »1«. wobei das Flipflop FF 23 allerdings erst 0,75 Sekunden nach öffnung des Rückstellschalters 12 das betreffende Ausgangssignal von »0« auf »1« umschaltet, wie aus F i g. 3 hervorgeht Der Ausgang 6a liefert somit das Signal »0« und es fließt ein Strom vom Anschluß 8a über die Antriebswicklung 10 und den Kondensator 9 zum Anschluß 6a, so daß der Schrittschaltmotor angetrieben wird und somit der Sekundenzeiger um eine Sekunde weiterbewegt wird.

Ersichtlicherweise besteht eine Zeitdifferenz bzw. Zeitnacheilung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem festgestellt wird, daß die gewünschte Zeiteinstellung erreicht ist, bis zu demjenigen Zeitpunkt, an welche, der Rückstellschalter geöffnet wird; eine weitere Zeitverzögerung bzw. Zeitnacheilung tritt zwischen dem Zeitpunkt auf, an welchem der Strom durch die Antriebswicklung fließt, und demjenigen Zeitpunkt, an welchem der Sekundenzeiger weiterbewegt wird; die Summe dieser Zeitverzögerungen beläuft sich erfahrungsgemäß auf etwa 0,25 Sekunden. Zu diesem Zeitraum ist nun der Zeitraum hinzuzuaddieren, der sich zwischen der öffnung des Rückstellschalters und dem Umschalten des Ausgangssignals Q₂₃ ergibt, d. h. 0,75 Sekunden, weshalb die gesamte Zeitverzögerung genau eine Sekunde ist. Auf diese Weise läßt sich exakt die Einstellung auf eine Normalzeit vornehmen.

Eine Sekunde später ändert sich das Ausgangssignal Qa wieder in »0«, und es fließt ein Strom vom Anschluß 6a über den Kondensator 9 und die Antriebswicklung 10 zum Anschluß 8a. Demzufolge wird der Sekundenzeiger um eine Sekunde weiterbewegt

Bei der dargestellten Ausführungsform ist es nicht notwendig, daß alle Flipflopschaltungen des Frequenzteilers zurückgestellt werden, wenn der Rückstellschalter 12 geschlossen wird; es kann jedoch sein, daß somit die Rückstellung einer ausreichenden Zahl von Flipflopschaltungen ausreicht bzw. sich nur geringe, unbeachtliche Fehler ergeben. Beispielsweise liegt der Fehler bei etwa 7 oder 8 Millisekunden, wenn erst das 16. Flipflop und die folgenden Flipflops zurückgestellt werden.

F i g. 3 zeigt die Signale an den Rückstellanschlüssen entsprechend den Anschlüssen Q₂₀, Q21, Q22 und Q23 der Schaltung nach F i g. 2.

Die Korrektur bzw. Kompensation von Zeitnacheilungen aufgrund der Freigabe der Rückstellung ist nicht auf den vorstehend angegebenen Wert begrenzt, der mit 250 Millisekunden angegeben ist, sondern kann entsprechend dem Aufbau der Schaltung der Uhr variieren. Durch die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung ergibt sich somit der wesentliche Vorteil, daß sich eine äußerst exakte Zeiteinstellung in bezug auf eine Normalzeit ausführen läßt, wobei die Zeitverzögerung aufgrund der Freigabe der Rückstellung kompensiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für schrittweise fortschaltbare, elektrische Uhren mit einem Quarzoszillator und einem zur Zeitverstellung in seine Ruhelage umschaltbaren mehrstufigen Frequenzteiler, dessen letzte Stufe mit der Antriebsspule eines den Sekundenzeiger fortschaltenden Schrittmotors verbunden ist und diesen in gleichbleibenden Zeitintervallen mit Fortschaltimpulsen versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stufen (FF \ bis FF23) des Frequenzteilers (5) derart miteinander verbunden sind, daß das Zeitintervall (0,75 s) zwischen der Beendigung (12 geöffnet) der Umschaltung dieser Stufen (FF \ bis FF23) und der Aussendung des ersten neuen Fortschaltimpulses durch die letzte Stufe (FF23) chs Frequenzteilers (5) um eine vorgegebene Verzögerung (Reaktionszeit- und Schaltzeitverzögerung von ca. 0,25 s) kürzer ist als das Zeitintervall (1 s) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fortschaltimpulsen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzteiler (5) aus binären Kippstufen (FF \ bis FF 23) aufgebaut ist, deren Ausgänge einander gegenphasige Ausgangssignale (Q und Q) liefern, und daß der Takteingang der jeweils folgenden ersten Kippstufen (FF2 bis FF21) mit dem in ihrer einen Lage (Arbeitslage) das eine Signalpotential (1-Potential) liefernden einen Ausgang (Q 1 bis Q 20) der jeweils vorausgehenden Kippstufe (FF 1 bis FF 20) und der Takteingang der jeweils folgenden vorzugsweise zwei letzten Kippstufen (FF2 bis FF23) mit dem in ihrer anderen Lage (Ruhelage) dieses eine Signalpotential (1-Potential) liefernden anderen Ausgang (Q 21 bis <?22) der jeweils vorausgehenden Kippstufe CFF21 bis FF22) verbunden ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in ihrer anderen Lage (Ruhelage) dieses eine Signalpotential (1-Potential) liefernde andere Ausgang (Q 23) der im Takt (0,5 Hz) der Fortschalteimpulse ihr Potential ändernde Rechtecksignale liefernden letzten Kippstufe (FFTS) über einen Inverter (6) mit dem einen Anschluß {6a) und direkt oder über zwei hintereinanderliegende weitere Inverter (7 und 8) mit dem anderen Anschluß {8a) der gegebenenfalls in Reihe mit einem Differenzierglied (9) Hegenden Antriebsspule (10) des Schrittmotors verbunden ist.