DE69503306T2

DE69503306T2 - Uhr mit mechanischem Antrieb und mit elektronischer Steuerung

Info

Publication number: DE69503306T2
Application number: DE69503306T
Authority: DE
Inventors: Wiget Ch-2000 Neuchatel Fridolin
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1994-04-25
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2015-04-14
Also published as: EP0679968A1; US5517469A; CN1122920A; TW262543B; EP0679968B1; CN1086813C; USRE36733E; DE69503306D1; CH686332GA3; JPH0850186A; HK1013689A1; JP3103293B2; CH686332B5

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Zeitmessgerät, umfassend:
- einen Generator für elektrische Energie, welcher einen Rotor und Mittel zum Liefern dieser elektrischen Energie in Reaktion auf eine Rotation des Rotors enthält;
- eine Quelle mechanischer Energie, die mit dem Rotor mechanisch gekoppelt ist, um die Rotation des Rotors mit einer Geschwindigkeit auszulösen, die oberhalb einer vorbestimmten Einstellgeschwindigkeit liegt; und
- Mittel zur Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors auf die Einstellgeschwindigkeit, die durch die elektrische Energie versorgt werden und
- an den Generator gekoppelte Messmittel zur Erzeugung einer Vielzahl von Messimpulsen, wobei jeder der Messimpulse in Reaktion auf den Durchgang des Rotors durch eine vorbestimmte Winkelposition erzeugt wird;
- Referenzmittel zur Erzeugung einer Vielzahl von periodischen Referenzimpulsen mit einer Periode, die gleich der der Messimpulse ist, wenn der Rotor mit der Einstellgeschwindigkeit rotiert;
- Vergleichsmittel zum Liefern eines Vergleichssignals umfassen, welches für die Differenz zwischen einer ersten Zahl, die die Zahl der nach einem bestimmten Anfangszeitpunkt erzeugten Referenzimpulse ist, einerseits und einer zweiten Zahl, die die Zahl der nach dem Anfangszeitpunkt erzeugten Messimpulse ist, andererseits repräsentativ ist, wobei das Vergleichssignal einen ersten und einen zweiten Zustand hat, je nachdem, ob die erste Zahl kleiner oder grösser als die zweite Zahl ist; und
- auf ein Steuersignal ansprechende Bremsmittel zur Ausübung eines Bremsmoments auf den Rotor umfasst, das dem Rotor eine Rotationsgeschwindigkeit auferlegt, die unterhalb der Einstellgeschwindigkeit liegt.
Ein Zeitmessgerät mit diesen Merkmalen, das zum Beispiel im Patent US-A-3 937 001 beschrieben ist, hat dieselbe Präzision wie ein herkömmliches elektronisches Zeitmessgerät dank der Tatsache, dass die Referenzimpulse, deren Frequenz die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors des Generators und somit diejenige der Zeiger für die Anzeige der laufenden Zeit bestimmt, ausgehend von einem durch einen Quarzoszillator gelieferten Signal erzeugt werden.
Ferner enthält dieses Zeitmessgerät weder Batterie noch Akkumulator, da die Versorgung seiner elektronischen Schaltungen durch die elektrische Energie sichergestellt wird, die durch seinen Generator geliefert wird, dessen Rotor mit seiner mechanischen Energiequelle verbunden ist, die von einer Zugfeder gebildet wird, die derjenigen gleicht, die in den herkömmlichen mechanischen Zeitmessgeräten verwendet wird.
Dies stellt einen klaren Vorteil in Bezug auf ein herkömmliches elektronisches Zeitmessgerät dar, dessen Schaltungen durch eine Batterie oder einen Akkumulator gespeist werden, deren Lebensdauer begrenzt ist.
In dem im weiter oben erwähnten Patent US-A-3 937 001 beschriebenen Zeitmessgerät werden die Bremsmittel des Rotors des Generators von einem Widerstand gebildet, der mit einem elektronischen Schalter in Serie geschaltet ist, wobei die von diesem Widerstand und diesem Schalter gebildete Einheit mit der Spule des Generators parallelgeschaltet ist.
Ferner wird dieser Schalter direkt durch ein Vergleichssignal derart gesteuert, dass er permanent geschlossen ist, wenn dieser letztere in seinem ersten Zustand ist, d. h. solange der Rotor des Generators bezüglich der Position, die er einnähme, wenn er stets mit der Einstellgeschwindigkeit gedreht hätte, voreilt.
Es kann also vorkommen, dass dieser Rotor ohne Unterbruch während einer ziemlich langen Zeit gebremst wird, insbesondere dann, wenn er zuvor durch einen Winkelstoss stark beschleunigt worden ist.
Die elektronischen Schaltungen des Zeitmessgeräts werden von einer Gleichspannung gespeist, die durch eine Gleichrichterschaltung der durch den Generator erzeugten Wechselspannung geliefert wird.
Der Wert dieser Gleichspannung, die vom Wert dieser Wechselspannung abhängt, muss natürlich permanent ausreichend sein, damit diese elektronischen Schaltungen korrekt arbeiten.
Wenn der Rotor des Generators gebremst wird, ist nun die Wechselspannung, die er erzeugt, um so niedriger, als der Wert des Bremswiderstands gering ist, wobei natürlich die Wechselspannung gleich Null ist, wenn der Wert des Bremswiderstands selbst gleich Null ist.
Wenn der Rotor des Generators nur während relativ kurzen Zeiten gebremst würde, könnten die elektronischen Schaltungen des Zeitmessgeräts während diesen Bremszeiten durch die elektrische Energie gespeist werden, die in dem oder den Kondensatoren aufgespeichert ist, welche die diese Schaltungen speisende Gleichrichterschaltung im allgemeinen umfasst, und dies auch wenn der Wert des Bremswiderstands gleich Null wäre.
Wie man dies weiter oben gesehen hat, kann jedoch der Rotor des Generators ohne Unterbruch während einer ziemlich langen Zeit gebremst werden. Es ist also praktisch ausgeschlossen, für den Bremswiderstand einen Nullwert zu wählen, denn der Kondensator der Gleichrichterschaltung müsste dann eine sehr hohe Kapazität aufweisen und müsste somit ziemlich sperrig und teuer sein. Es wäre ferner nicht möglich, mit Gewissheit die Kapazität zu bestimmen, die dieser Kondensator haben müsste, weil die maximale Zeit, während der der Rotor des Generators gebremst werden kann, nicht im voraus vorgesehen werden kann.
Wenn der Bremswiderstand mit der Spule des Generators parallelgeschaltet ist, wird die durch diese Spule erzeugte Wechselspannung einerseits wegen der Verminderung der aus diesem Anschluss resultierenden Rotationsgeschwindigkeit, und andererseits wegen dem Spannungsabfall, der in der Spule des Generators durch den vom Bremswiderstand absorbierten Strom erzeugt wird, vermindert.
Daraus resultiert, dass, damit die Versorgungsspannung der elektronischen Schaltungen des Zeitmessgeräts immer ausreichend ist, es nicht genügt, dass der Wert des Bremswiderstandes nicht gleich Null ist, wie man dies weiter oben gesehen hat, sondern dieser Wert muss ferner relativ hoch sein.
Das auf den Rotor des Generators ausgeübte Bremsmoment ist jedoch um so höher, als der Wert des Bremswiderstandes gering ist, wobei dieses Bremsmoment maximal ist, wenn dieser Bremswiderstand einen Nullwert hat.
Dieses Bremsmoment muss natürlich dem Rotor des Generators eine Rotationsgeschwindigkeit verleihen, die geringer als seine Einstellgeschwindigkeit ist, welches auch immer das durch die Zugfeder gelieferte Antriebsmoment ist.
Damit der maximale Wert dieses Antriebsmoments möglichst hoch sein kann, was die Autonomie des Zeitmessgeräts, d. h. die Zeit, während der es funktionieren kann, ohne dass seine Zugfeder aufgezogen werden muss, günstig beeinflusst, muss also das Bremsmoment ebenfalls hoch sein, was voraussetzt, dass der Bremswiderstand einen geringen Wert hat. Vorzugsweise sollte dieser Widerstand einen Nullwert haben.
Der Bremswiderstand des Rotors muss also zwei gegensätzliche Bedingungen erfüllen. Einerseits muss er genügend hoch sein, und jedenfalls nicht gleich Null, damit die Versorgungsspannung der elektronischen Schaltungen in allen Fällen ausreichend ist. Andererseits muss er ziemlich gering sein, und vorzugsweise gleich Null, damit das Bremsmoment hoch ist und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors, wenn er gebremst wird, kleiner als seine Einstellgeschwindigkeit ist, auch wenn das von der mechanischen Energiequelle gelieferte Antriebsmoment maximal ist.
Damit die erste obenstehende Bedingung einfacher erfüllt werden kann, kann man theoretisch die Anzahl Windungen der Spule des Generators erhöhen. Eine Spule mit einer grossen Anzahl Windungen ist jedoch voluminös und kann nur schwierig im beschränkten Raum untergebracht werden, der in einem Zeitmessgerät von kleinem Volumen, wie einer Armbanduhr, zur Verfügung steht. Oder dann, wenn man wählt, diese Spule mit einem Draht herzustellen, der einen ausreichend geringen Durchmesser aufweist, damit sie nicht zu sperrig ist, wird ihre Herstellung schwierig und ihr Selbstkostenpreis nimmt zu.
Man muss ebenfalls berücksichtigen, dass eine Spule mit einer grossen Anzahl Windungen eines Drahtes mit kleinem Durchmesser einen hohen inneren Widerstand aufweist, der einerseits den Bremswiderstand noch vergrössert und das Bremsmoment des Rotors vermindert und andererseits eine Verminderung der durch den Generator erzeugten Wechselspannung hervorruft, wenn der von diesem letzteren gelieferte Strom durch sie fliesst.
Theoretisch kann man auch eine Spannungsmultiplizierer- Gleichrichterschaltung verwenden, um die durch die Spule des Generators erzeugte Wechselspannung gleichzurichten. Eine solche Schaltung umfasst jedoch eine ziemlich grosse Anzahl von Kondensatoren, welche sperrige Elemente sind, und von Dioden, deren Schwellenspannung nicht merklich kleiner äls die für die Versorgung der elektronischen Schaltungen des Zeitmessgeräts nötige Spannung ist. Es folgt daraus, dass es in der Praxis nicht möglich ist, einen einfachen Gleichrichter zu verwenden, oder höchstens einen Spannungsverdoppler-Gleichrichter, um die durch den Generator erzeugte Wechselspannung gleichzurichten.
Damit die obenerwähnte zweite Bedingung einfacher erfüllt wird, kann man natürlich den maximalen Wert des Antriebsmoments vermindern, welches durch die den Rotor des Generators antreibende Zugfeder geliefert wird. Dann ist jedoch die Autonomie des Zeitmessgeräts vermindert, was natürlich nicht wünschenswert ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Zeitmessgerät von gleicher Art wie jenes, welches im bereits erwähnten Patent US-A-3 937 001 beschrieben ist, vorzuschlagen, aber das nicht die Nachteile dieses letzteren aufweist, d. h. ein Zeitmessgerät, in welchem der Wert des Bremswiderstandes des Rotors gering oder sogar gleich Null sein kann, ohne dass es nötig ist, die Spule des Generators mit einer erhöhten Anzahl Windungen zu versehen und ohne dass ein Risiko besteht, dass, unter welchen Umständen auch immer, die Versorgungsspannung der elektronischen Schaltungen für ein korrektes Funktionieren dieser letzteren unzureichend wird. Ferner ermöglicht dieser sehr geringe Wert oder sogar Nullwert dieses Bremswiderstandes, die den Rotor des Generators antreibende Zugfeder derart zu wählen, dass ihr maximales Moment erhöht ist und dass die Autonomie des Zeitmessgeräts also höher ist als jene des weiter oben erwähnten bekannten Zeitmessgeräts, wobei alle anderen Dinge gleich sind.
Das Ziel wird durch das Zeitmessgerät erreicht, dessen Merkmale im Anspruch 1 aufgeführt sind.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klar aus der nachfolgenden Beschreibung, die mit Hilfe der beigefügten Zeichnung gemacht wird, in welcher:
- die alleinige Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform des Zeitmessgerätes gemäss der vorliegenden Erfindung darstellt.
In seiner schematisch und als nichteinschränkendes Beispiel auf Fig. 1 dargestellten Ausführungsform umfasst das Zeitmessgerät gemäss der vorliegenden Erfindung, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, eine mechanische Energiequelle, die von einer Zugfeder gebildet wird. Diese mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnete Zugfeder ist nur sehr schematisch dargestellt worden, denn sie kann von gleicher Art sein, wie irgendeine der wohlbekannten Zugfedern, die in den herkömmlichen mechanischen Zeitmessgeräten verwendet werden.
Diese Zugfeder 2 ist mit einem manuellen oder automatischen Aufziehmechanismus gekoppelt, der nicht dargestellt worden ist, denn er kann ähnlich wie irgendeiner der wohlbekannten Aufziehmechanismen sein, die ebenfalls in den herkömmlichen mechanischen Zeitmessgeräten verwendet werden.
Die Zugfeder 2 ist mechanisch mit dem Rotor 3a eines Generators für elektrische Energie 3 über einen Getriebezug 4, der strichpunktiert symbolisiert ist, gekoppelt. Dieser Generator 3 umfasst noch eine Spule 3b, und er wird nicht näher im Detail beschrieben, denn er kann auf verschiedene, den Spezialisten wohlbekannte Arten ausgeführt sein.
Es soll einfach noch erwähnt werden, dass der Rotor 3a im vorliegenden Beispiel einen bipolaren Magneten umfasst, der einfach durch einen Pfeil symbolisiert worden ist, welcher seine Magnetisierungsachse darstellt.
Es soll ebenfalls erwähnt werden, dass die Spule 3b zum Beispiel über einen nichtdargestellten Stator magnetisch mit dem Permanentmagneten des Rotors 3a gekoppelt ist, um zwischen ihren Anschlussklemmen B1 und B2 in Reaktion auf jede Rotation des Rotors 3a eine Wechselspannung Ug zu erzeugen, dessen Periode gleich der Rotationsperiode des Rotors 3a ist, d. h. der Zeit, welche der Rotor 3a für eine Umdrehung braucht. Die Anschlussklemmen B1 und B2 der Spule 3b bilden natürlich die Ausgangsklemmen des Generators 3.
Das Zeitmessgerät 1 umfasst noch eine Gleichrichterschaltung 5, deren Eingänge 5a und 5b jeweils mit den Anschlussklemmen B1 bzw. B2 des Generators 3 verbunden sind und deren Ausgänge 5c und 5d in Reaktion auf die durch den Generator 3 erzeugte Wechselspannung Ug eine Spannung Ua liefern, die mindestens merklich gleichförmig ist. Diese Spannung Ua ist dazu bestimmt, die verschiedenen elektronischen Schaltungen zu speisen, welche weiter unten auf dem Wege von Leitern beschrieben werden, die nicht dargestellt worden sind.
Der Gleichrichter 5 wird nicht näher im Detail beschrieben, denn er kann ähnlich wie irgendeiner der den Spezialisten wohlbekannten Gleichrichter sein. Es soll einfach erwähnt werden, dass dieser Gleichrichter 5 auf herkömmliche Art und Weise einen Beruhigungskondensator umfasst, der zwischen seine Ausgangsklemmen 5c und 5d geschaltet ist und der nicht dargestellt worden ist.
Im vorliegenden Beispiel sind die Anschlussklemmen 5a und 5c des Gleichrichters 5 miteinander verbunden, sowie mit der Anschlussklemme B1 des Generators 3. Ferner wurde das Potential dieser drei Anschlussklemmen 5a, 5c und B1 willkürlich als Referenzpotential oder Masse gewählt, und alle Spannungen, die in der Folge dieser Beschreibung erwähnt werden, sind Spannungen, die in Bezug auf dieses Referenzpotential gemessen sind.
Mit dieser Vereinbarung ist die Wechselspannung Ug also symmetrisch in Bezug auf dieses Referenzpotential, wenn der Rotor 3a mit konstanter Geschwindigkeit dreht.
In der Folge dieser Beschreibung werden die verschiedenen Signale ferner als Signale beschrieben, die im logischen Zustand "0" oder im logischen Zustand "1" sind, je nachdem, ob das Potential der Punkte, wo sie gemessen werden, merklich gleich dem Referenzpotential oder dem Potential der Anschlussklemme 5d des Gleichrichters 5 ist.
Das Zeitmessgerät 1 umfasst noch Anzeigemittel für die laufende Zeit, die in diesem Beispiel von herkömmlichen und mit dem Bezugszeichen 6 bezeichneten Zeigern gebildet sind, die aber auch von anderen wohlbekannten Elementen, wie Scheiben, Trommeln oder sonstigen gebildet sein können. Es kann ebenfalls eine oder mehrere zugefügte Anzeigevorrichtungen umfassen, wie eine Kalender-, Mondphasen- oder sonstige Vorrichtung. Eine solche zugefügte Vorrichtung ist nicht dargestellt worden.
Die Zeiger 6, und gegebenenfalls die zugefügte Vorrichtung oder Vorrichtungen, sind mechanisch mit der Zugfeder 2 und dem Rotor 3a des Generators 3 über einen Getriebezug verbunden, wovon mindestens eine Partie mit einer Partie des Getriebezugs 4 gemeinsam sein kann. Auf Fig. 1 ist dieser mit den Zeigern 6 verbundene Getriebezug nicht separat mit einem Bezugszeichen bezeichnet worden, und er ist ebenfalls strichpunktiert symbolisiert.
Das Zeitmessgerät 1 umfasst auch einen Mechanismus für die Zeigerstellung der Zeiger 6 und gegebenenfalls für die Korrektur des oder der zugefügten Vorrichtungen, welcher nicht dargestellt worden ist, denn er kann ähnlich wie irgendeiner der verschiedenen, den Spezialisten wohlbekannten Mechanismen dieser Art sein.
Die Rotationsgeschwindigkeit der Zeiger 6, die natürlich einen konstanten und klar bestimmten Mittelwert haben muss, wird von einer Schaltung 7 zur Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 3a mit einer Einstellgeschwindigkeit, die in der Folge dieser Beschreibung Vc genannt wird, kontrolliert.
Die Elemente der Regelungsschaltung 7, die die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 3a bestimmen und die weiter unten beschrieben werden, sowie der Getriebezug 4 sind derart angeordnet, dass die Zeiger 6 mit ihrer normalen Geschwindigkeit drehen, wenn der Rotor 3a mit der Einstellgeschwindigkeit Vc dreht. Es wird angenommen, dass diese Einstellgeschwindigkeit Vc im vorliegenden Beispiel mit 4 Umdrehungen pro Sekunde festgelegt worden ist.
Ferner, und aus einem Grund, der in der Folge dieser Beschreibung klar wird, werden die Merkmale der Zugfeder 2 und der verschiedenen Elemente, die sie antreibt, sowie die Merkmale des Generators 3 derart gewählt, dass, solange die Zugfeder 2 nicht fast vollständig entspannt ist, die mittlere Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 3a grösser ist als die Einstellgeschwindigkeit Vc, unter der Bedingung, dass die Spule 3b nicht kurzgeschaltet ist. Ebenso werden diese Merkmale derart gewählt, dass diese mittlere Rotationsgeschwindigkeit kleiner ist als diese Einstellgeschwindigkeit Vc, wenn die Spule 3b unter Bedingungen, die weiter unten beschrieben werden, kurzgeschaltet ist, und dies auch wenn die Zugfeder vollständig aufgezogen ist und das Antriebsmoment, das sie liefert, somit seinen Maximalwert hat.
Der obenerwähnte Regelungsschaltkreis 7 umfasst einen Komparator 8, dessen direkter Eingang mit der Anschlussklemme B2 des Generators 3 verbunden ist und dessen entgegengerichteter Eingang mit dem Referenzpotential verbunden ist, derart, dass das durch seinen Ausgang erzeugte Signal, welches in der Folge dieser Beschreibung Signal SM genannt wird, alternierend im Zustand "0" und im Zustand "1" ist, je nachdem, ob die durch den Generator 3 gelieferte Spannung Ug negativ oder positiv ist.
Die Periode des Signals SM ist natürlich gleich derjenigen der Spannung Ug, so dass insbesondere diese Periode des Signals SM 250 Millisekunden beträgt, wenn der Rotor 3a des Generators 3 mit seiner Einstellgeschwindigkeit Vc dreht, die im vorliegenden Beispiel 4 Umdrehungen pro Sekunde beträgt.
Ferner geht das Signal SM aus seinem Zustand "0" in seinen Zustand "1" über, jedesmal dann, wenn der Rotor 3a des Generators 3 eine vorbestimmte Winkelposition passiert, welches jene ist, bei der die Spannung Ug beim Zunehmen durch ihren Nullwert führt.
Das Signal SM ist also zugleich ein Messsignal der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 3a und ein Erfassungssignal des Durchgangs dieses Rotors 3a durch die weiter oben definierte vorbestimmte Winkelposition.
Die Regelungsschaltung 7 umfasst ebenfalls eine Quelle eines Referenzsignals SR, die in diesem Beispiel von einem Oszillator 9, der ein Quarzoszillator sein kann, und einer Frequenzteilerschaltung 10 mit einem Ausgang Q1 gebildet ist, der das Signal SR in Reaktion auf das durch den Oszillator 9 erzeugte Signal liefert.
Dieser Oszillator 9 und dieser Frequenzteiler 10 werden nicht näher im Detail beschrieben, denn sie können auf verschiedene Arten ausgeführt sein, die dem Fachmann wohlbekannt sind. Es soll einfach erwähnt werden, dass dieser Oszillator 9 und dieser Frequenzteiler 10 derart angeordnet sind, dass die Periode des Signals SR gleich derjenigen des Signals SM ist, wenn der Rotor 3a des Generators 3 mit seiner Einstellgeschwindigkeit Vc dreht, d. h. im vorliegenden Beispiel 250 Millisekunden.
Dieses Resultat kann erhalten werden, indem zum Beispiel für den Oszillator 9 immer ein Oszillator verwendet wird, der ähnlich wie derjenige ist, der in den meisten Fällen der elektronischen Zeitmessgeräte verwendet wird und der ein Signal mit einer Frequenz von 32,768 Hz liefert, und indem der Frequenzteiler 10 in der wohlbekannten Form einer Serie von 13 bistabilen Kippschaltungen ausgeführt wird, die oft Flip-Flops genannt werden.
Es soll auch erwähnt werden, dass der Frequenzteiler 10 einen zweiten mit Q2 bezeichneten Ausgang umfasst, der ein Signal SC liefert, das eine viel kürzere Periode, zum Beispiel in der Grössenordnung von hundertmal kürzer, als diejenige des Signals SR hat, und dessen Verwendbarkeit weiter unten klargemacht wird. Im vorliegenden Beispiel kann dieses Signal SC durch den Ausgang der sechsten bistabilen Kippschaltung des Frequenzteilers 10 geliefert werden und ebenfalls eine Periode aufweisen, die etwa gleich 1,95 Millisekunden beträgt.
Die Regelungsschaltung 7 umfasst ferner einen reversiblen Zähler, oder Zweirichtungszähler, der mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Der Vorwärtszähleingang C dieses Zählers 11 ist mit dem Ausgang Q des Frequenzteilers 10 verbunden und empfängt also das Signal SR, und sein Rückwärtszähleingang D ist an den Ausgang des Komparators 8 angeschlossen und empfängt somit das Signal SM.
Dieser reversible Zähler 11 wird nicht näher im Detail beschrieben, denn er kann auf verschiedene wohlbekannte Weisen ausgeführt sein. Es soll einfach präzisiert werden, dass er empfindlich für die Vorderflanken der von ihm empfangenen Impulse ist, d. h. für die Übergänge aus dem logischen Zustand "0" in den logischen Zustand "1" der Signale SR und SM. Mit anderen Worten wird der Stand dieses Zählers 11, d. h. die binäre Zahl, die von den logischen Zuständen "0" oder "1" der direkten Ausgänge der verschiedenen ihn bildenden bistabilen Kippschaltungen gebildet wird, bei jeder Vorderflanke der Impulse des Signals SR um eine Einheit erhöht und bei jeder Vorderflanke der Impulse des Signals SM um eine Einheit vermindert. Dieser Zähler 11 umfasst ferner wohlbekannte Mittel, die ermöglichen, jegliche Zweideutigkeit aufzuheben, die aus irgendeiner zeitlichen Überlagerung der Impulse resultiert, welche er auf seinen Eingängen C und D empfängt.
Ferner umfasst der Zähler 11 einen Eingang R für die Nullung, und er ist derart angeordnet, dass sein Stand auf dem Nullwert gehalten wird, solange dieser Eingang R im logischen Zustand "1" ist.
Es soll noch in Erinnerung gerufen werden, dass, wenn der Zähler 11 von n bistabilen Kippschaltungen gebildet wird, sein Stand irgendeinen Wert annehmen kann, der grösser oder gleich Null ist oder der kleiner oder gleich 2n-1 ist.
Ferner ist die Funktionsart des Zählers 11 zyklisch, d. h. insbesondere dass, wenn sein Stand gleich Null ist, dieser Stand in Reaktion auf einen auf seinen Rückwärtszähleingang D angelegten Impuls den Wert 2n-1 annimmt.
Als Vereinbarung und aus einem Grund, der weiter unten klargemacht wird, werden als positive Werte des Standes des Zählers 11 diejenigen bezeichnet, die grösser oder gleich Null und kleiner oder gleich 2(n-1) sind, und als negative Werte dieses Standes diejenigen, die grösser als 2(n-1) und kleiner oder gleich 2n-1 sind. Der Fachmann erkennt ohne Schwierigkeit, dass, mit dieser Vereinbarung, der Ausgang Q des Zählers 11, der auf herkömmliche Weise vom direkten Ausgang der letzten seiner bistabilen Kippschaltungen gebildet wird, im logischen Zustand "0" ist, wenn der Stand des Zählers 11 positiv ist und im logischen Zustand "1", wenn dieser Stand negativ ist.
Der Ausgang Q des reversiblen Zählers 11 ist mit einem ersten Eingang eines ET-Tors 12 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Komparators 8 verbunden ist.
Der Ausgang dieses Tors 12 ist mit dem Eingang S einer bistabilen Kippschaltung 13 vom Typus R-S verbunden, deren Eingang R mit dem Ausgang eines OU-Tors 14 verbunden ist.
Wie der reversible Zähler 11 weiter oben beschreibt, ist die bistabile Kippschaltung 13 empfindlich für die Vorderflanken der Impulse, die sie auf ihren Eingängen S und R empfängt. Mit anderen Worten nehmen der direkte Ausgang Q und der entgegengerichtete Ausgang dieser Kippschaltung 13 in Reaktion auf jede Vorderflanke des auf ihren Eingang S angelegten Signals jeweils den logischen Zustand "1" bzw. den logischen Zustand "0" an, und in Reaktion auf jede Vorderflanke des auf ihren Eingang R angelegten Signals den logischen Zustand "0" bzw. den logischen Zustand "1".
Ein erster Eingang des OU-Tors 14 ist mit dem Ausgang Q eines einfachen nichtreversiblen Zählers 15 verbunden.
Dieser Zähler 15 wird in diesem Beispiel von fünf bistabilen Wippschaltungen gebildet, die auf herkömmliche Weise derart in Serie geschaltet sind, dass sein Ausgang Q, der der direkte Ausgang seiner fünften Kippschaltung ist, aus dem Zustand "0" in den Zustand "1" übergeht, wenn sein Stand vom Wert fünfzehn zum Wert sechzehn überschreitet.
Der Vorwärtszähleingang C des Zählers 15 ist an den Ausgang Q2 des Frequenzteilers 10 angeschlossen und empfängt somit das Signal SC, und sein Eingang R für die Nullung ist an den entgegengesetzten Ausgang der bistabilen Wippschaltung 13 angeschlossen.
Ebenso wie der reversible Zähler 11 ist der Zähler 15 empfindlich für die Vorderflanken des an seinen Vorwärtszähleingang C angelegten Signals, und sein Stand wird auf dem Wert Null gehalten, solange sein Eingang R im logischen Zustand "1" ist.
Der Regelungsschaltkreis 7 umfasst noch elektrische Bremsmittel des Rotors 3a des Generators 3, die im vorliegenden Beispiel von einem mit dem Bezugszeichen 16 bezeichneten MOS-Transistor vom Typus n gebildet werden, dessen Quelle und Drain-Elektrode jeweils an die Anschlussklemmen B1 bzw. B2 des Generators 3 angeschlossen sind und dessen Gate-Elektrode an den direkten Ausgang Q der bistabilen Kippschaltung 13 angeschlossen ist.
Der Fachmann erkennt leicht, dass der Transistor 16 blockiert oder leitend ist, je nachdem, ob seine Gate- Elektrode im logischen Zustand "0" oder "1" ist, da er vom Typus n ist und seine Quelle das Referenzpotential aufweist.
Die Regelungsschaltung 7 umfasst noch einen Initialisierungsschaltkreis 17 mit zwei Eingängen, die jeweils an die Anschlussklemmen 5c bzw. 5d des Gleichrichters 5 angeschlossen sind, und mit einem Ausgang, der einerseits an die Nullungseingänge R des Frequenzteilers 10 und des reversiblen Zählers 11 und andererseits an den zweiten Eingang des OU-Tors 14 angeschlossen ist.
Dieser Initialisierungsschaltkreis 17 wird nicht näher im Detail beschrieben, denn er kann auf verschiedene wohlbekannte Weisen ausgeführt sein. Es soll einfach erwähnt werden, dass er derart angeordnet ist, dass sein Ausgang einen kurzen Initialisierungsimpuls zu dem Zeitpunkt erzeugt, bei dem die Spannung Ua beim Zunehmen einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, der gleich oder leicht grösser als der Wert ist, bei dem die verschiedenen anderen Komponenten der Regelungsschaltung 7 anfangen, korrekt zu arbeiten. Dieser Zeitpunkt wird in der Folge dieser Beschreibung Initialisierungszeitpunkt t0 genannt.
Wenn die Zugfeder 2 vollständig entspannt ist und der Rotor 3a des Generators 3 nicht dreht, sind die Spannungen Ug und Ua natürlich gleich Null, und das Zeitmessgerät arbeitet nicht.
Wenn die Zugfeder 2 dann aufgezogen wird, tritt ein Zeitpunkt ein, bei dem der Rotor 3a anfängt zu drehen und bei dem die Spannungen Ug und Ua anfangen zuzunehmen.
Zum weiter oben definierten Zeitpunkt t0 bewirkt der durch den Initialisierungsschaltkreis 17 erzeugte Impuls die Nullung des Frequenzteilers 10 und des reversiblen Zählers 11, so dass die Ausgänge Q1 und Q2 des Frequenzteilers 10 und der Ausgang Q des reversiblen Zählers 11 in den logischen Zustand "0" versetzt werden.
Derselbe Initialisierungsimpuls wird an den Eingang R der bistabilen Kippschaltung 13 über das Tor 14 derart angelegt, dass die Ausgänge Q und dieser Kippschaltung 13 jeweils den logischen Zustand "0" und den logischen Zustand "1" annehmen.
Der logische Zustand "0" des Ausgangs Q der Kippschaltung 13 bringt den Transistor 16 in seinen blockierten Zustand, so dass die Spule 3b des Generators 3 nicht kurzgeschaltet wird und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 3a die Einstellgeschwindigkeit Vc erreichen und übersteigen kann. Ferner hält der logische Zustand "1" des Ausgangs der Kippschaltung 13 den Stand des Zählers 15 auf Null.
Die Funktionsart des Zeitmessgeräts 1 nach dem Zeitpunkt t0 wird nachstehend nur in grossen Zügen beschrieben, denn es bereitet dem Fachmann keine Mühe, alle seine Details mit Hilfe der bereits gegebenen Erklärungen zu rekonstruieren.
In dieser Beschreibung der Funktionsart des Zeitmessgeräts 1 wird jeder der Zeitpunkte, bei denen Referenzsignal SR aus seinem Zustand "0" in seinen Zustand "1" übergeht und bei denen der Stand des Zählers 11 also um eine Einheit erhöht wird, Referenzzeitpunkt tr genannt. Ebenso wird jeder der Zeitpunkte, bei denen das Messsignal SM ebenfalls aus seinem Zustand "0" in seinen Zustand "1" übergeht und bei denen der Stand des Zählers 11 also um eine Einheit vermindert wird, Messzeitpunkt tm genannt.
Ferner wird als theoretische Winkelposition des Rotors 3a diejenige Winkelposition bezeichnet, die er zu jedem Referenzzeitpunkt tr einnehmen sollte, wenn seine mittlere Rotationsgeschwindigkeit ab dem Augenblick t0 gleich seiner Einstellgeschwindigkeit Vc gewesen ist.
Man erkennt gut, dass der Stand des reversiblen Zählers 11 permanent für den Unterschied zwischen der Anzahl der Impulse des Signals SR, die ab dem weiter oben definierten Zeitpunkt t0 durch den Frequenzteiler 10 erzeugt werden, und der Anzahl der durch den Komparator 8 erzeugten Impulse des Signals SM, welches die Anzahl der durch den Rotor 3a des Generators 3 ab demselben Zeitpunkt t0 ausgeführten vollständigen Umdrehungen ist, repräsentativ ist.
Dieser Stand des Zählers 11 ist also ebenfalls permanent für die Nacheilung oder für die Voreilung des Rotors 3a bezüglich seiner theoretischen Winkelposition repräsentativ, wobei diese Nacheilung oder diese Voreilung gegebenenfalls mehrere Umdrehungen betragen kann.
Wenn dieser Stand des Zählers 11 gerade nach einem der weiter oben definierten Zeitpunkte tm positiv ist, bedeutet dies, dass der Rotor 3a in Bezug auf seine theoretische Winkelposition nacheilt.
In einem solchen Fall ist der Ausgang Q des reversiblen Zählers 11 im logischen Zustand "0", so dass der Ausgang des ET-Tors 12 im Zustand "0" bleibt und dass die bistabile Kippschaltung 13 in dem Zustand verbleibt, in welchem sich ihr Ausgang Q im logischen Zustand "0" befindet. Der Transistor 16 bleibt blockiert, und indem die Spule 3b des Generators 3 nicht kurzgeschaltet ist, kann die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 3a gleichbleiben oder gegebenenfalls dazu tendieren, grösser als die Einstellgeschwindigkeit Vc zu werden, dies natürlich unter der Bedingung, dass die Zugfeder 2 noch genügend gespannt ist.
Die Nacheilung des Rotors 3a in Bezug auf seine theoretische Winkelposition tendiert also dazu, sich aufzuheben, ebenso wie der Stand des reversiblen Zählers 11.
Wenn der Stand des reversiblen Zählers 11 gerade nach einem der weiter oben definierten Zeitpunkte tm negativ ist, bedeutet dies, dass der Rotor 3a in Bezug auf seine theoretische Winkelposition voreilt.
In einem solchen Fall befindet sich der Ausgang Q des Zählers 11 im logischen Zustand "1". Indem das Signal SM dann ebenfalls im Zustand "1" ist, nimmt die bistabile Kippschaltung 13 den Zustand an, in welchem ihre Ausgänge Q und jeweils im logischen Zustand "1" bzw. im logischen Zustand "0" sind.
Daraus resultiert, dass der Transistor 16 leitend wird und die Spule 3b des Generators 3 kurzschaltet. Der Rotor 3a wird also gebremst, und seine Rotationsgeschwindigkeit wird kleiner als die Einstellgeschwindigkeit Vc.
Daraus resultiert ebenfalls, dass, da der Eingang R für die Nullung des Zählers 15 im Zustand "0" ist, der Stand dieses Zählers 15 bei jedem der Impulse des Signals SC um eine Einheit zunimmt. Wenn im vorliegenden Beispiel dieser Stand vom Wert fünfzehn zum Wert sechzehn übergeht, nämlich etwa 31,25 Millisekunden nach der Zustandsänderung der Wippschaltung 13, geht der Ausgang Q dieses Zählers 15 in den logischen Zustand "1" über.
Die Kippschaltung 13 nimmt dann wieder den Zustand an, in welchem ihre Ausgänge Q und jeweils im logischen Zustand "0" bzw. im logischen Zustand "1" sind.
Der Transistor 16 ist dann erneut blockiert, so dass der Rotor 3a nicht mehr gebremst wird und dass seine Rotationsgeschwindigkeit erneut zunehmen kann.
Man erkennt, dass der von den Toren 12 und 14, von der Kippschaltung 13 und vom Zähler 15 gebildete Schaltkreis einen Schaltkreis zur Begrenzung der Bremsdauer des Rotors 3a auf einen vorbestimmten Bruchteil, im vorliegenden Beispiel 1/8, der Periode der vom Generator 3 gelieferten Spannung Ug bildet.
Wenn der Ausgang Q des reversiblen Zählers 11 gerade nach dem folgenden Zeitpunkt tm noch im logischen Zustand "1" ist, läuft der soeben beschriebene Vorgang erneut ab, und dies bis die mittlere Geschwindigkeit des Rotors 3a, welche natürlich jedesmal abnimmt, wenn der Rotor 3a gebremst wird, ab dem Zeitpunkt t0 kleiner oder gleich der Einstellgeschwindigkeit Vc wird.
Wenn diese Situation erreicht ist, nimmt der Ausgang Q des reversiblen Zählers 11 den logischen Zustand "0" an, und der Rotor 3a wird nicht mehr gebremst.
Man erkennt, dass die mittlere Geschwindigkeit des Rotors 3a, wenn sie über eine ziemlich lange Zeit gemessen wird, gleich der Einstellgeschwindigkeit Vc ist, und dass, wenn die Zeigerstellung der Zeiger 6 zum Zeitpunkt t0 ausgeführt worden ist, diese permanent die genaue Zeit anzeigen, und zwar mit einer Präzision, die gleich derjenigen der Frequenz des Referenzsignals SR ist.
Man erkennt ferner, dass dieses Resultat erhalten wird, indem der Rotor 3a, wenn er in Bezug auf seine theoretische Winkelposition voreilt, nur während Perioden von begrenzter Dauer, die klar kleiner als die Zeit ist, die der Rotor 3a durchschnittlich für eine vollständige Umdrehung benötigt, gebremst wird. Im vorliegenden Beispiel ist diese Dauer der Bremsperioden, die durch die Frequenz des Signals SC und durch die Anzahl der den Zähler 15 bildenden Kippschaltungen bestimmt ist, etwa achtmal kürzer als die mittlere Rotationsperiode des Rotors 3a.
Während jeder der Bremsperioden des Rotors 3a ist die durch den Generator 3 erzeugte Spannung Ug natürlich gleich Null, da der Transistor 16 leitend ist und die Spule 3b kurzschaltet.
Jede dieser Bremsperioden beginnt jedoch zu einem Zeitpunkt, bei dem die Spannung Ug sowieso gleich Null ist, und ihre Dauer ist nur ein ziemlich geringer Bruchteil der Periode dieser Spannung Ug, wie man dies soeben erkennen konnte. Während diesen Bremsperioden hätte die Spannung Ug also nur einen relativ geringen Wert, wenn die Spule 3b nicht kurzgeschaltet ist, und der Generator 3 würde dem Gleichrichter 5 sowieso nur eine sehr geringe Energie, oder sogar gar keine, liefern. Ausserhalb dieser Bremsperioden weist die Spannung Ug hingegen ihren normalen Wert auf, so dass die Quantität elektrischer Energie, die durch den Generator 3 geliefert wird, durch das Bremsen des Rotors 3a fast nicht, oder sogar überhaupt nicht, vermindert wird.
Daraus resultiert, dass der Generator 3 weiterhin die elektrische Energie liefert, die für das Funktionieren der Regelungsschaltung 7 nötig ist, auch wenn der Rotor 3a in Bezug auf seine theoretische Winkelposition voreilt und er, wie dies weiter oben beschrieben worden ist, gebremst wird, und zwar unabhängig von der Grösse dieser Voreilung.
Der oder die Beruhigungskondensatoren des Gleichrichters 5 können also relativ geringe Kapazitäten aufweisen, da es nicht nötig ist, dass sie die Versorgung der Regelungsschaltung 7 während langen Perioden sicherstellen, wie dies für das im obenerwähnten Patent US-A-3937001 beschriebe bekannte Zeitmessgerät der Fall ist.
Ferner, und aus denselben Gründen, ist es durchaus möglich, und sogar besser, die Bremsmittel des Rotors 3a so auszuführen, wie dies weiter oben beschrieben worden ist, d. h. ohne dass diese Bremsmittel irgendwelchen Widerstand umfassen, der ähnlich ist wie derjenige, welchen sie obligatorisch im im Patent US-A-3937001 beschriebenen Zeitmessgerät umfassen müssen.
In Bezug auf dieses letztere Zeitmessgerät hat die Aufhebung dieses Widerstandes den Vorteil, dass das Bremsen des Rotors 3a wirksamer ist, was ermöglicht, das für die Zugfeder 2 zulässige maximale Antriebsmoment zu erhöhen und somit die Autonomie des Zeitmessgeräts 1 zu erhöhen.
Der Fachmann erkennt leicht, dass zahlreiche Veränderungen am soeben beschriebenen Zeitmessgerät ausgeführt werden können, ohne dass dieses letztere jedoch den Rahmen der vorliegenden Erfindung sprengt.
Somit kann also der Rotor des Generators eines Zeitmessgeräts gemäss der vorliegenden Erfindung anstatt des bipolaren Magneten des Rotors 3a des obenbeschriebenen Generators 3 entweder einen multipolaren Permanentmagneten oder eine Mehrzahl von bipolaren Permanentmagneten umfassen, die an der Peripherie einer Scheibe angeordnet sind. In solchen Fällen hat die durch die Spule dieses Generators erzeugte Wechselspannung eine Periode, die gleich dem Verhältnis zwischen der Rotationsperiode des Rotors und der Anzahl von Polpaaren des multipolaren Magneten bzw. der Anzahl von bipolaren Magneten ist.
Es ist ebenfalls möglich, das Messsignal, d. h. das Signal Sm im Beispiel der Fig. 1, derart zu erzeugen, dass es über eine begrenzte Dauer in den Zustand "1" übergeht, und zwar nicht nur jedesmal dann, wenn die durch den Generator des Zeitmessgeräts erzeugte Wechselspannung beim Zunehmen durch ihren Nullwert führt, sondern auch jedesmal dann, wenn diese Wechselspannung beim Abnehmen durch diesen Nullwert führt.
In einem solchen Fall ist die Periode dieses Messsignals gleich der Hälfte derjenigen der durch den Generator erzeugten Wechselspannung, und der Rotor dieses Generators wird zweimal pro Periode dieser Wechselspannung gebremst, wenn er in Bezug auf seine theoretische Winkelposition voreilt. Es kann also nötig sein, die Dauer der Bremsperioden dieses Rotors zu vermindern, um zu vermeiden, dass die durch den Generator gelieferte elektrische Energie unzureichend für eine passende Speisung der elektronischen Schaltkreise des Zeitmessgeräts wird.
In allen soeben erwähnten Fällen muss man natürlich die im Beispiel der Fig. 1 vom Oszillator 9 und vom Frequenzteiler 10 gebildete Quelle des Referenzsignals derart konzipieren, dass die Periode dieses Referenzsignals gleich derjenigen des Messsignals ist, wenn der Rotor des Generators mit seiner Einstellgeschwindigkeit dreht.
Es ist noch möglich, die Mittel, welche die Dauer der Bremsperioden des Rotors des Generators bilden und welche im Beispiel der Fig. 1 vom Zähler 15 gebildet werden, derart zu verändern, dass diese Periode direkt von der Grösse der Voreilung dieses Rotors in Bezug auf seine theoretische Winkelposition abhängt. Eine solche Veränderung ermöglicht, die Zeit zu vermindern, die nötig ist, damit dieser Rotor in seine theoretische Winkelposition zurückkehrt, nachdem er einer grossen Winkelbeschleunigung ausgesetzt worden ist, welche beispielsweise durch einen heftigen Schlag verursacht worden ist, der ihn um mehrere Umdrehungen in Bezug auf diese theoretische Winkelposition vorrücken liess.

Claims

1. Zeitmessgerät, umfassend:

- einen Generator für elektrische Energie (3), welcher einen Rotor (3a) und Mittel (3b) zum Liefern dieser elektrischen Energie in Reaktion auf eine Rotation des Rotors (3a) enthält;

- eine Quelle mechanischer Energie (2), die mit dem Rotor (3a) mechanisch gekoppelt ist, um die Rotation des Rotors (3a) mit einer Geschwindigkeit auszulösen, die oberhalb einer vorbestimmten Einstellgeschwindigkeit liegt; und

- Mittel (7) zur Regelung der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors (3a) auf die Einstellgeschwindigkeit, die durch die elektrische Energie versorgt werden und

- an den Generator (3) gekoppelte Messmittel (8) zur Erzeugung einer Vielzahl von Messimpulsen, wobei jeder der Messimpulse in Reaktion auf den Durchgang des Rotors (3a) durch eine vorbestimmte Winkelposition erzeugt wird, um die tatsächliche Winkelposition des Rotors zu bestimmen;

- Referenzmittel (9, 10) zur Erzeugung einer Vielzahl von periodischen Referenzimpulsen mit einer Periode, die gleich der der Messimpulse ist, wenn der Rotor (3a) mit der Einstellgeschwindigkeit rotiert, wobei die Referenzimpulse für die theoretische Winkelposition des Rotors repräsentativ sind;

- Vergleichsmittel (11) zum Liefern eines Vergleichssignals umfassen, welches für die Differenz zwischen einer ersten Zahl, die die Zahl der nach einem bestimmten Anfangszeitpunkt erzeugten Referenzimpulse ist, einerseits und einer zweiten Zahl, die die Zahl der nach dem Anfangszeitpunkt erzeugten Messimpulse ist, andererseits repräsentativ ist, wobei das Vergleichssignal einen ersten und einen zweiten Zustand hat, je nachdem, ob die erste Zahl kleiner oder größer als die zweite Zahl ist; dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitmessgerät darüber hinaus:

- auf ein Steuersignal ansprechende Bremsmittel (16) zur Ausübung eines Bremsmoments auf den Rotor (3a) umfaßt, das dem Rotor (3a) eine Rotationsgeschwindigkeit auferlegt, die unterhalb der Einstellgeschwindigkeit durch einen Kurzschluß der Mittel (3b) zum Liefern der elektrischen Energie liegt, und daß die Mittel zur Regelung (7) außerdem Steuermittel (12, 13, 15) umfassen, die auf jeden der Meßimpulse ansprechen, wenn das Vergleichssignal im ersten Zustand ist, um das Steuersignal in Form eines Steuerimpulses zu erzeugen, welcher eine vorbestimmte begrenzte Dauer derart hat, daß das Bremsmoment auf den Rotor (3a) nur ausgeübt wird, wenn letzterer bezüglich der theoretischen Winkelposition vorgehend ist.

2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Regelung (7) darüber hinaus einen Initialisierungsschaltkreis (17) zur Bestimmung eines Initialisierungszeitpunkts zu dem Zeitpunkt, wenn die durch den Generator (3) gelieferte elektrische Energie einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, der gleich oder größer als der Wert ist, bei dem die Mittel zur Regelung (7) korrekt arbeiten, umfassen.