DE69839389T2 - Elektronisches Uhrwerk, mit von einer Zugfeder angetriebenem Generator - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Zeitmessgerät des Typs mit einer Energiequelle, die aus einem Federgehäuse mit manuellem oder automatischem Aufzug gebildet ist, das mit einem Wechselstromgenerator gekoppelt ist, der dazu vorgesehen ist, die elektronischen Schaltungen des Messgeräts eventuell über einen Gleichrichter zu versorgen.
• Eine Beschreibung eines derartigen Zeitmessgeräts wurde im Patent CH 686 332 sowie im Dokument US 4799003 gegeben, wobei sich diese Dokumente insbesondere auf eine Regulatorschaltung erstrecken, die es ermöglicht, die Drehzahl des Generators auf eine Solldrehzahl zu regeln, die dem exakten Gang des Messgeräts entspricht, vorausgesetzt, dass die Energie der Feder des Gehäuses ausreicht, um diese Drehzahl auf dem Sollwert zu halten.
• Die Regulatorschaltung arbeitet in der folgenden Weise. Während der normalen Gangdauer hat der direkt mit dem Gehäuse gekoppelte Generator die Tendenz, sich zu schnell zu drehen und somit eine Spannung zu liefern, deren Frequenz höher ist als ein Frequenzsollwert, der von einem Frequenzstandard abgeleitet ist, der auf der Basis eines Zeitmessquarzes arbeitet. Der Generator muss folglich gebremst werden, was durch periodisches Kurzschließen seiner Wicklung verwirklicht wird. Die Anzahl von Bremsvorgängen, die erforderlich sind, um den Generator auf der Solldrehzahl zu halten, ist am Beginn der Entspannung der Feder erhöht und nimmt fortschreitend ab, je mehr sich die in der Feder gespeicherte Energie erschöpft.
• Diese Regulatorschaltung ist derart verwirklicht, dass sie mit einer geringen Versorgungsspannung arbeiten kann, was vorzugsweise durch die CMOS-Technologie erhalten wird. Ihr Energieverbrauch hängt fast linear von der Spannung, die an sie angelegt wird, ab, vorausgesetzt, dass diese ausreicht, um den Betrieb der Komponenten der Schaltung zu ermöglichen. Wenn die Versorgungsspannung unter einen kritischen Wert läuft, hört die Schaltung nämlich auf zu arbeiten. Vom Gesichtspunkt des geringen Verbrauchs, der vorteilhaft ist, um eine große Autonomie des Zeitmessgeräts sicherzustellen, wenn es nicht getragen wird, wäre es trotzdem vorteilhaft, die Regulatorschaltung bei einer Grenzspannung arbeiten zu lassen, die so nahe wie möglich bei dieser kritischen Spannung liegt, aber trotzdem ausreicht, damit das Messgerät noch arbeiten kann.
• Wenn nun das Zeitmessgerät in dieser Weise entworfen wird, mit anderen Worten, wenn die Grenzspannung zu nahe an der kritischen Spannung gewählt wird, besteht das Risiko, dass es große Funktionsfehler erleidet (und folglich nicht die exakte Uhrzeit bewahrt wird), da die Spannung des Generators, der die Regulatorschaltung versorgt, zu großen Schwankungen auf Grund der Schwankungen der Drehzahl des Generators neigen kann. Diese letzteren Schwankungen werden durch jegliche Arten von externen Faktoren in Abhängigkeit von der Weise, in der das Zeitmessgerät getragen wird, hervorgerufen. Die Drehzahl des Generators kann beispielsweise im Fall von mehr oder weniger heftigen Stößen, von plötzlichen Bewegungen des Trägers usw. schwanken. Wenn sich ein derartiger Störfaktor ungünstig auf das Halten der Solldrehzahl auswirkt, riskiert die Versorgungsspannung, unter den kritischen Wert zu sinken. Unregelmäßigkeiten des Gangs des Zeitmessgeräts wären folglich unvermeidbar.
• Die Erfindung hat das Ziel, ein Zeitmessgerät zu schaffen, das mit einer Regulatorschaltung arbeiten kann, die mit einer Versorgungsspannung versorgt wird, die im Wesentlichen auf dem für ihre korrekte Funktion erforderlichen Grenzwert liegt, aber ohne dass dessen Gang durch eventuelle Unregelmäßigkeiten der Drehung des Generators gestört wird.
• Die Erfindung hat daher ein elektronisches Zeitmessgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 zum Gegenstand.
• Aus diesen Merkmalen ergibt sich, dass die elektronische Schaltung des Zeitmessgeräts eine Versorgungsspannung empfängt, die ausreicht, um ihren Betrieb trotz Einflüssen kinetischer Natur, die beim Tragen auf ihre mechanischen Bestandteile wirken, nicht zu unterbrechen.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zeigen sich im Verlauf der folgenden Beschreibung, die nur als Beispiel gegeben wird und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung durchgeführt wird, in der:
• die einzige Figur ein vereinfachtes Diagramm eines Beispiels des erfindungsgemäßen Zeitmessgeräts zeigt.
• Nun wird auf diese einzige Figur Bezug genommen, in der zu sehen ist, dass das erfindungsgemäße Zeitmessgerät einen Generator, der durch das Rechteck 1 symbolisch dargestellt ist, mit einem magnetisierten Rotor 2 und mindestens einer Wicklung 3 umfasst. Der Rotor ist beispielsweise über ein Getriebe 4, das durch punktierte Linien symbolisch dargestellt ist, mechanisch mit einem Gehäuse 5 gekoppelt, in dem eine Feder 6 aufgenommen ist. Diese kann durch einen manuellen oder automatischen Aufzugmechanismus, der an sich bekannt ist und durch das Rechteck 5a symbolisch dargestellt ist, gespannt werden. Das Getriebe 4 ist auch mit einem Satz Zeiger gekoppelt, die die Uhrzeit anzeigen, der aus einem Stundenzeiger 7, einem Minutenzeiger 8 und einem Sekundenzeiger 9 besteht. Die Zeiger sind in der gewöhnlichen Weise mit den geeigneten Teilungsverhältnissen miteinander gekoppelt und mit dem Rotor des Generators 1 starr verbunden. Deshalb drehen sie sich, solange der Rotor 2 in Bewegung ist.
• Im beschriebenen Beispiel liefert der Generator 1 eine Sollwechselspannung mit einem ersten vorbestimmten Wert U₁ an seinen Anschlüssen 1a und 1b mit einer vorbestimmten Frequenz von beispielsweise 21,3 Hz. Der Maximalwert oder Absolutwert Û₁ des vorbestimmten Werts U₁ kann einer maximalen Amplitude von beispielsweise 1,5 Volt entsprechen.
• Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf einen Generator begrenzt ist, der eine Wechselspannung liefert, ein Generator mit Gleichspannung kann auch angebracht sein.
• Im vorliegenden Beispiel ist der Generator 1 vom Wechseltyp und mit einem Ganzwellengleichrichter 10 verbunden, der eine Gleichspannung U₁' mit einem Wert liefert, der sehr leicht unter jenem der Wechselspannung des Generators liegt, wobei die Differenz durch die Verluste, ansonsten mit geringem Wert, die durch den Gleichrichter 10 hervorgerufen werden, bestimmt ist.
• Das Zeitmessgerät umfasst auch einen Quarzoszillator 12, der einer integrierten Schaltung 11 zugeordnet ist, von welcher bestimmte Komponenten eine Schaltung zum Regeln der Drehzahl des Generators 1 bilden. Der Quarzoszillator 12 mit Standardfrequenz liefert ein Impulssignal mit einer Frequenz von beispielsweise 32768 Hz zu einem Frequenzteiler 13 der integrierten Schaltung 11, wobei dieser Teiler beispielsweise mit Hilfe einer EEPROM-Schaltung verwirklicht sein kann. Er umfasst einen Anschluss 14, der ein Signal liefert, dessen Frequenz der Sollfrequenz entspricht, die der Generator 1 liefern muss, damit die Zeiger 7, 8 und 9 die exakte Uhrzeit anzeigen. Im beschriebenen Beispiel ist diese Sollfrequenz 21,3 Hz. Der Ausgang 14 ist mit dem Zähleingang 15 eines reversiblen Zählers 16 verbunden.
• Der Anschluss 1a des Generators 1 ist mit einem der Eingänge eines Komparators 17 verbunden, von welchem der andere Eingang mit einer Referenzpotentialquelle 18 wie beispielsweise der Masse verbunden ist. Der Ausgang des Komparators 17 ist mit dem Abzugseingang 19 des reversiblen Zählers 16 verbunden.
• Der Komparator 17 liefert einen Ausgangsimpuls zum reversiblen Zähler 16, sobald die Spannung am Anschluss 1a des Generators leicht über das Poten tial der Masse ansteigt. In dem Beispiel unter der Annahme, dass der Generator 1 sich exakt mit der Solldrehzahl dreht, die einer Frequenz von 21,3 Hz entspricht, muss folglich der Inhalt des reversiblen Zählers 16 am Ende von jeder Halbperiode der Ausgangsspannung des Generators 1 gleich null sein.
• Der Ausgang des reversiblen Zählers 16 ist mit einer Entscheidungslogik 20 verbunden, die in Abhängigkeit von bestimmten vorbestimmten Kriterien ein Ausgangssignal an einem Anschluss 21 erzeugt, wobei die Kriterien durch Verdrahtung einer bestimmten Anzahl von elementaren Gattern, die diese Entscheidungslogik bilden, verwirklicht sind.
• Das am Ausgangsanschluss 21 vorhandene Signal wird an die Steuerelektrode einer Umschaltkomponente 22 angelegt, die selektiv das Bremsen des Generators 1 durch Kurzschließen der Wicklung 3 von diesem steuert. Diese Umschaltkomponente 22 kann ein MOS-Transistor sein, dessen Source-Drain-Schaltung zwischen die Anschlüsse 1a und 1b des Generators 1 geschaltet ist.
• Die integrierte Schaltung 11 umfasst Versorgungsanschlüsse 23 und 24, die auf die Spannung V_SS bzw. die Spannung V_DD der integrierten Schaltung gebracht werden.
• Es ist zu beachten, dass die vorstehend dargelegten Besonderheiten der Regulatorschaltung nur beschrieben wurden, um an eine besondere Ausführungsform dessen zu erinnern, die Gegenstand der europäischen Patentanmeldung EP 97 112 585.1 im Namen der Anmelderin ist. Die vorliegende Erfindung kann jedoch mit Nutzen auch mit Regulatorschaltungen anderer Arten ausgeführt werden, die die Regelung des Gangs des Zeitmessgeräts sicherstellen. Es ist jedoch zu beachten, dass die integrierte Schaltung 11 vom Typ mit niedrigem Verbrauch ist, was heißt, dass sie mit einer Versorgungsspannung arbeitet, die deutlich geringer ist als jene des Absolutwerts Û₁ der Sollspannung U₁, die vom Generator 1 geliefert wird.
• Gemäß der Erfindung sind die Versorgungsanschlüsse 23 und 24 mit dem Ausgang eines Spannungsregulierers 25 verbunden. Dieser ist entworfen, um an seinen Ausgangsanschlüssen eine regulierte Spannung mit einem zweiten vorbestimmten Wert U₂ zu liefern. Dieser Spannungswert entspricht der unteren Grenzspannung oder kritischen Spannung oder ist geringfügig höher als diese, welche die integrierte Schaltung 11 benötigt, um noch arbeiten zu können. Vorzugsweise wird die Ausgangsspannung U₂ des Spannungsregulierers zwischen 0% und 5% höher oder vorzugsweise zwischen 2 und 5% höher als die Betriebsgrenzspannung der integrierten Schaltung 11 gewählt.
• Die Ausgangsgleichspannung U₂ des Regulierers 25 ist deutlich geringer als der Maximal- oder Absolutwert Û₁ der Wechselspannung U₁ die vom Generator 1 geliefert wird. Die Beziehung zwischen den Werten Û₁ und U₂ kann folglich als Û₁ = k·U₂ geschrieben werden, in der k ein Faktor ist, der mindestens dem erwarteten maximalen Änderungsanteil der Sollspannung Û₁ des Generators entspricht, wenn er im nicht gebremsten Bereich arbeitet, wenn das Zeitmessgerät getragen wird. Unter dem Änderungsanteil wird folglich hier jener verstanden, der nur durch die Schwankungen bestimmt ist, die die Spannung Û₁ wegen der Unregelmäßigkeiten der Drehung des Generators auf Grund von mechanischen Phänomenen erleidet, die vom Zeitmessgerät beim Tragen erlitten werden. In dieser Art und Weise gelingt es dem Spannungsregulierer 25, jegliche Schwankung zu glätten, die an seinem Eingang gegenüber der integrierten Schaltung 11 vorhanden ist, die somit immer über eine Spannung verfügt, die mindestens gleich dem unteren Grenzwert ist, den sie benötigt, um korrekt zu arbeiten. In einem praktischen Beispiel konnte festgestellt werden, dass der Änderungsanteil der Sollspannung des Generators beim Tragen 20% sein kann, so dass k vorzugsweise mindestens gleich 1,2 ist.
• Um die Ideen festzulegen, und nur als Beispiel können die folgenden Werte der Spannungen gewählt werden:
  Û₁ = 1,5 V, U₂ = 1 V
• Der Spannungsregulierer kann von jeglicher geeigneter Art sein, der in der CMOS-Technologie mit geringem Verbrauch verwirklicht ist.
• Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform begrenzt, die nur als Beispiel gegeben wurde, wobei die Erfindung durch die angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims (3)

1. Elektronisches Zeitmessgerät, das umfasst: – einen Generator (1), der ausgelegt ist, um eine Versorgungsspannung mit einem ersten vorgegebenen Wert U₁ zu erzeugen; – ein Gehäuse (5) mit Feder (6), das mit dem Generator (1) gekoppelt ist, um ihn anzutreiben; – einen Aufzugmechanismus (5a), der mit dem Federgehäuse (5) gekoppelt ist, um die Feder (6) aufzuziehen; – einen Satz Zeiger (7 bis 9) zum Anzeigen der Uhrzeit, der ebenfalls durch das Federgehäuse (5) angetrieben wird, und – eine elektronische Schaltung (11, 12), die für ihren Betrieb mindestens eine untere Grenzversorgungsspannung benötigt, die einen zweiten vorgegebenen Wert U₂ hat, wobei die elektronische Schaltung eine Zeitbasis (12) und eine Regulatorschaltung (11) zum Regulieren der Drehzahl des Generators (1) umfasst, derart, dass der Zeigersatz (7 bis 9) mit der Sollgeschwindigkeit für die Anzeige der Uhrzeit angetrieben wird, wobei das Zeitmessgerät dadurch gekennzeichnet ist, dass es außerdem einen Spannungsregulierer (25) umfasst, der zwischen den Generator (1) und die elektronische Schaltung (11, 12) geschaltet ist und ausgelegt ist, um seine Ausgangsspannung auf den zweiten Grenzwert U₂ oder etwas darüber einzustellen, und dass das Verhältnis zwischen dem Absolutwert Û₁ des ersten vorgegebenen Werts U₁ und dem zweiten vorgegebenen Wert U₂ die Beziehung Û₁ = k·U₂ erfüllt, worin k ein Faktor ist, der wenigstens dem erwarteten maximalen Änderungsanteil des Absolutwerts Û₁ entspricht, wenn das Zeitmessgerät getragen wird.
2. Zeitmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor k im Bereich von 1,2 bis 1,5 liegt.
3. Zeitmessgerät nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vorgegebene Wert U₂ um 0 bis 5% höher und vorzugsweise um 2 bis 5% höher als die untere Grenzspannung ist, bei der die elektronische Schaltung (11) noch arbeiten kann.