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Drahtlos gesteuerte Uhr Die torliegende Erfindun - betrifft eine drahtlos gesteuerte Uhr und ein Verfahren zii deren Betrieb.
Es sind bereits seit langem Ihren bekannt, welche durch ein I3auptsteuergerät < -(-steuert erden.
Diese Einrichtungen besitzen viele Vorteile gegenüber Uhren, die unabhängig voneinander arbeiten und daher sowohl die Funktion der Zeitmessung als auch der Zeit- anzeige übernehmen müssen, Der vermutlic11 wesentlichste Vorteil von einem Hauptsteuer- gerät und einigen Nebenanzeigegeräten besteht in dem ausserordentlich einfachen Aufbau der einzelnen zeitanzeigencleii Geräte, die völlig im Gegensatz zu der grossen Genauigkeit steht, mit welcher diese Geräte anzeigen.
Da das Hauptsteuergerät eine prak- tiseh unbegrenzte Zahl von Anzeigegeräten steuern kann, wird das Hauptsteuergerät < ausserordentlich genau anzeigend ausgebildet, ohne dass dadurch die Gesamtkosten der Anlage wesentlich ansteigen. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine grosse Anzahl von Anzeigeeinriehtungen verwendet wird.
Viele derartige Systeme wurden bereits in Vorschlag gebracht, wobei eines der ältesten darin besteht, dass in regelmässigen Zeitintervallen in dein Steuergerät Synehroninipulse erzeugt und den einzelnen Anzeigegeräten derart übermittelt werden, dass deren An- zeige - falls diese in der einen oder andern Richtung von der Zeit des Steuergerätes abweichen sollte - entsprechend korrigiert wird. Die Synehronisationsimpulse besitzen gewöhnlich die Form von elektrischen Signalen, die von dem Steuergerät zu den einzelnen Anzeigegeräten über eine direkte elektrische Leitung übermittelt wird.
Mit der Entwicklung der drahtlosen Nachrichtenübermittlung wurde auch die Möglichkeit ins Auge gefasst, auf die direkte elek- trieehe Verbindung zwischen dem Hauptsteuergerät und den einzelnen Anzeigegeräten zu verzichten und die Synchronsignale auf drahtlosem Wege zu übermitteln. Die Nachteile eines solchen Systems liegen jedoch auf der Hand.
Um diese Synehronsignale aus einem Strahlungsfeld elektrischer Wellen zu Anzeigezwecken abzuleiten, ist grundsätzlich eine Empfängereinrichtung mit einem komplizierten mehrstufigen Frequenzteiler notwendig, die jede Anzeigeeinrielitung genau so oder noch komplizierter machen, wie ein Zeitmessgerä.t relativ grosser Genauigkeit. Ausser bei speziellen Anwendungen, bei denen eine extrem hohe Genauigkeit erforderlich ist, muss ein drahtlos gesteuertes System daher als unpraktisch betrachtet werden.
Weiterhin würde ein vergleichsweise kleines selbständig arbeitendes, drahtloses Übermittlungssystem bei Anzeigegeräten für häusliehe oder Büro-
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zwecke schon deswegen unpraktisch sein, weil bei jedem Anzeigegerät eine Antenne zum Empfang der übermittelten Signale notwendig wäre.
Heutzutage wird oft der Wechselstroin cles elektrischen Licht- oder Kraftnetzes auf Grund der Tatsache zui- Zeitmessung herangezogen, dass die Frequenz mittels Präzisions- zeitmessgeräten wenigstens im Durchschnitt konstant gehalten wird. Hieraus folgt, dass mit. durch kleine Synchroninotore angetriebenen Zeitanzei-ern, die finit dem Lichtnetz verbun- den sind, einfache Uhren existieren, die einfach aufgebaut sind und die Zeit trotzdem sehr genau anzeigen. Diese Uhren sind daher weit verbreitet.
Ein Vorteil der drahtlos gesteuerten Uhren, der mit den von einem S:vn- chronmotor angetriebenen elektrischen Uhren nicht erreicht werden kann und der trotzdem sehr erstrebenswert ist, besteht. in der Sinehronisation der Uhr mit einem Steuergerät, ohne dass sie mit diesem direkt verbunden sein muss. In Fällen, in denen an der Betriebsstelle der Uhr kein kommerzielles Lichtnetz zur Verfügung steht., beispielsweise an Küchenwänden oder Kaminsimsen, würde dann die Notwendigkeit eines laugen Kabels entfallen. Weiterhin würde damit erreicht, da.ss die Uhr örtlich ungebunden ist..
Diese Vorteile kämen jedoch nur dann zur Geltung, wenn der verwendete Apparat trotzdem nicht so kompliziert ausgebildet wäre, wie dies bei den Empfängern und den angeschlossenen Geräten drahtlos gesteuerter CTIi- ren erforderlich wäre, insbesondere bei gewöhnlichen Anwendungen zu häuslichem Gxe- brauch und in Büros, vielmehr müssten die Zusatzgeräte relativ einfach und übersichtlich aufgebaut. sein und alle in einem Uhrgehäuse untergebracht werden können und dürften darüber hinaus während des Betriebes nur geringe Energie verbrauchen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Uhr, welche die oben erwähnten Vorteile besitzt, jedoch die Nachteile weitgehend vermeidet, und damit einem lange bestehenden Bedürfnis entspricht.
Die Uhr zeichnet sich gemäss der Erfindung durch Mittel aus, die das elektriselie oder nia-netisclie Wechselfeld, welches boi Elementen des Kraftstromnetzes auftritt, aufnehmen und ein synchronisierendes Signal zur Steuerung eines Uhrenmotors liefern.
Das Verfahren zuni Betrieb dieser t_-hr ist gemäss der Erfinden-- dadurch gekennzeichnet, da.ss das elektrische oder magnetische Weeliselfeld zur Steuerung des t hreiimotors gemäss der Frequenz des Wecliselfeldes verwendet wird.
In den Zeichnungen sind _lusführungs- beispiele des Erfindun,;:s#,'egenstandes veran- schaulicht.
Im einzelnen zeigen: Fig.1 ein Blockdiagramm einer Uhr mit Mitteln, die ein Weehselfeld zur Steuerzen < ":: der Uhr erzeugen, Fi;-.'_' ein entsprechendes Diag-rannn für ein weiteres Ausführen gsbeispiel, Fig. 3 ein Diagramm für ein weiter abge- ändertes Ausführungsbeispiel.
Die in Fig. 1. dargestellte Uhr weist. eine Antenne 11 auf, welche mit einem Verstärker 1\? verbunden ist, der einen synchron arbeitenden elektrischen Motor 16 antreibt, welcher seinerseits die Anzeigeeinrielitung einer Uhr antreiben kann.
Die Antenne 11 ist dabei entweder zur Abnahme des magnetischen oder elektrischen Feldes geeignet, wel- elies durch nahgelegene Anschlüsse desLiclit- netzes erzeugt sein kann. Im allgemeinen ist bei häuslicher Verwendung oder Verwendung in Büros das durch die Induktion der in der Nähe verlaufenden Drähte erzeugte Feld stark genug, die Verwendung einer relativ einfachen, konventionell auf-ebauten Antenne zu ermöglichen. Wenn die Antenne beispielsweise auf ein clera.rtig erzeugtes magnetisches Feld ansprechen soll,
kann sie als Spule ausgebildet sein, in der das magnetische Wechselfeld eine Spannung induziert. V or- migsweise wird jedoch die Antenne 11 derart ausgebildet, dass sie auf elektrische Felder anspricht, da die Anwesenheit dieser Felder unabhängig von der Stärke des Stromes ist, der durch die nahe-eles"-eneri Leitungen fliesst.
Im Gegensatz hierzu ist. die Stärke des magne-
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tischen Feldes von der Stärke der fliessenden Ströme abhängig; die Ausnützung des Magnetfeldes seheidet also bei den Fällen aus, bei welchen nicht dauernd ein Stromfluss in der Umgebung gewährleistet ist. Beispielswei>c kann für den häuslichen (Tebrarrch das magnetische Feld besonders nachts infolge der nur geringen Ströme so schwach werden, dass es praktisch nicht mehr auswertbar ist..
Das von der Antenne 11 kommende kleine Weclraelspannungssignat wird in dem Verstärker 12 so weit verstärkt, dass es die elektrische Einrichtung 16 betreiben kann.
U in nun einerseits die räumliche Ausdelr- nun -o- des Verstärkers klein zu halten, so dass er in einem Uhrgehäuse gewöhnlicher Grösse untergebraelrt erden kann, und um anderseits den Energiebedarf des Verstärkers klein zu halten, wird vorzugsweise ein rnit Transistoren arbeitender Verstärker verwendet. (wie er auf Seite 81 der Principles of Transistor Cireuits von Shea gezeigt ist), was sieh für den vorliegenden Zweck als sehr brauchbar erwiesen hat. Die Einrichtung 1,6 enthält beispielsweise einen Synchronmotor mit einem permanentmagnetischen Rotor, da der Energiebedarf eines solchen Motors sehr gering ist.
Auf diese Weise werden in dem Verstärker 12 nur ganz wenige Stufen benötigt, wobei gleichzeitig die Belastung der Batterien klein bleibt. Der Synchronmotor 13 rnuss selbstverständlich zur Betätigung der Anzeigeeinriehtung einer Uhr geeignet sein; Motoren dieser Art wurden bereits mit Erfolg verwendet und sind durchaus bekannt.
Für den Fall, dass weder das durch naheliegende elektrische Leitungen erzeugte elektrische oder magnetische Feld eine ausreichende Stärke aufweist, können Vorriehtun- gerr zur Erzeugung eines Feldes vorgesehen werden, welches in der Antenne 11 ein entsprechendes Signal induziert. Hierbei hat es sieh als zweckmässig herausgestellt, ein magnetisches Feld unter Verwendung einer nahegelegenen Kraftstromleitung 13 zu erzeugen. Für diesen Zweck ist eine einfache Übertragungsantenne 17 in der Form einer Spule oder einer Drahtwindung gut geeignet, es kann jedoch auch ein einfacher Draht, zur Erzeugung eines elektrischen Feldes verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass im Falle relativ hoher Feldstärke in der @a,ch- barschaft der Uhr das System derart ausgebildet sein kann, dass der Energiebedarf minimal ist, wobei ein elektrischer Uhrenmotor im Grenzfall direkt durch das Feld angetrieben wird.
Die bisher bekannten Systeme verwenden im Gegensatz zu technischem Wechselstrom hochfrequente Wechselströme, wobei nicht nur relativ komplizierte Mittel zur Erzeugung und Übertragung zeitstabilisierter Signale erforderlich waren, sondern auch entsprechend genaue Empfangs- und Gleichrichtereinrich- tungen sowie Mittel, um die empfangenen Signale in eine Form zu bringen, die für ein Zeitanzeigegerät geeignet ist. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird das Zeitsignal ausschliesslich technischem Wechselstrom entnommen, ohne jedoch eine direkte Verbindung mit dem Netz zu verwenden.
In Fig.2 ist ein weiteres Arusführungs- beispiel dargestellt, - bei welchem ein Spannungsverstärker 14 und ein Oszillator 15 anstatt des Verstärkers 12 bei dem Beispiel der Fig.1 verwendet werden. Der Spannungsverstärker 14 dient zur Steuerung des Oszillators 15 mit der von der Antenne 11 gewonnenen Spannung, so dass die Eigenfrequenz des Oszillators 15 gehalten werden kann. Hierbei werden wiederum sowohl in dem Verstärker 14 als auch in dem Oszillator 15 Transistoren verwendet, so dass die Belastung der sie betreibenden Batterien klein gehalten wird.
Der Oszillator 15 kann so ausgebildet sein, dass er mit einer harmonischen oder subharmo- nischen Frequenz der von der Antenne hergeleiteten Frequenz schwingt; vorzugsweise sind jedoch beide Frequenzen gleich. Der Oszillator 15 muss nun genügend Energie erzeugen, den Motor 16 anzutreiben, wie vorher der Verstärker 12 bei Fig.1. Obwohl die Anordnung der Schaltelemente für den Spannungsverstärker 11 und den Oszillator 15 etwas komplizierter ist als bei dem Kraftver-
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stärker 1? bei dein Beispiel der Fig. 1, ist der Energiebedarf bei dem Beispiel der Fig. '_' nicht wesentlich grösser,
da die in jedem Fall erzeugte Energie für den Antrieb des Motors 16 die gleiche ist. Das in Fig. '' dargestellte System besitzt den Vorteil, dass der Motor 16 auch bei Ausfall des Kraftstroili- netzes weiterläuft, da dann der von der Batterie betriebene Oszillator auch jetzt weiterschwingt. Wenn das synchronisierende Signal ausbleibt, bestellt. jedoch die Mög- lichkeit, dass die Frequenz des Oszillators von der Netzfrequenz etwas abweicht.
In Fig. 13 ist ein System dargestellt, welches voll demjenigen der Fig. ? abweicht. An der Stelle des Oszillators 15 tritt hier ein Frequenzteiler 18, ferner ist der Motor 16 durch einen auf Impulse ansprechenden Motor 19 ersetzt. Der Frequenzteiler 18 kann aus irgendeiner einfachen bereits bekannten frequenzteilenden Schaltung bestehen, beispielsweise aus Multivibratoreil oder verbundenen Oszillatorkreisen, deren Eingang durch die Spannung des Verstärkers 14 gesteuert wird.
Es ist bereits bekannt, diese oder andere Frequenzteilersclialt.ungen aus Transistoren aufzubauen und mittels Batterien zu betreiben; es können so durchaus Ausgangsleistungen erzeugt, werden, die zum Betrieb einer kleinen, synchron arbeitenden elektromechanischen Einrichtung ausreichen, wie beispielsweise iin Betrieb des impulsgesteuer- ten Motors 19.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Frequenzteilung durch drei in ie zwei getrennten Stufen für die vorliegende Anwendung sehr günstig ist; die Frequenz der Impulse zum Antrieb des Motors 19 beträgt dann beispielsweise 6\-'(. Hz bei einer Netzfrequeilz von 60 Hz. Bei eineng System von 50 Schwingungen/Sekunden würde somit eine Pulsfrequenz von 55/9 Hz betragen.
Durch diese niedrige Frequenz wird relativ einfach ein selbsttätiges Starten der Uhr erreicht, da der Impulsmotor 19 im Falle eines ersten Impulses im wesentlichen auf die gleiche Art ansprechen wird, wie nach einer Reihe von vorhergegangenen Impulsen. Das bedeutet, dass die Arbeitsbedingungen im Gegen- Satz zu denen < ges Motor;
16, welcher spezielle Startmittel benötigt, die gleichen sind. Gege- beileiifall> kann bei dein' Svstein der Fi"-. '.l ein in der (_Gegenrichtung erfolgendes Starten dadurch vermieden -erden, dass il,g-endeine bekannte mechanische Einrichtung verwendet wird, die einen Rücklauf verhindert wie beispielsweise ein Klinkenmotor oder ein Schrittrelais.
Wie dargelegt wurde, verwen- det die Erfindung als Zeitsignal die voll dein elektrischen Kraftnetz ausgestrahlten Streufelder. Sie stellt somit in Gegensatz zu früher bekannten Systemen, die eine direkte elektrische Verbindung mittels Leitungen zu dein Kraftnetz benötigen; anderseits stellt sie zig früheren Systemen in (#regensatz, welche als Zeitsignal hochfrequente Schwingungen verwenden.