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Durch Photozellen gespeiste Uhr Die vorliegende Erfindung betrifft eine Uhr mit aus einer ersten Photozellenbatterie gespeistem Aufzugsmotor und mit aus einer zweiten Photozellen- batterie über eine durch Photozellen gesteuerte Schaltung gespeistem Richtmotor zur Schwenkung der ersten Photozellenbatterie in die Richtung des stärksten Lichteinfalls.
Solche Uhren sind in der Literatur bekannt, doch ist ihre Verwirklichung bisher auf erhebliche Schwierigkeiten gestossen, weil die verfügbaren photoelektrischen Energien bei angemessener Grösse der Photo- zellenbatterien und bei normaler Aufstellung der Uhr in Wohnräumen bei den gewählten Schaltungen und mechanischen Konstruktionen nicht ausreichen, um einerseits die Uhr zuverlässig aufzuziehen und damit eine genügende Gangreserve zu schaffen und ausserdem die ganze Uhr mit .samt den Photozellenbatterien in die Richtung des günstigsten Lichteinfalls zu schwenken. Es ist denn auch in der Literatur bestritten worden, dass eine derartige Lösung überhaupt gangbar wäre.
Es wurde bereits versucht, den Richt- motor über ein Mikrorelais zu speisen, welches seinerseits durch entgegengesetzt geschaltete Photozellen gesteuert wird, um,den Richtmotor an die eine oder andere Photozellenbatterie anzuschalten. In diesem Falle ist also immer höchstens eine Photozellenbatte- rie voll in Betrieb, um den Richtmotor zu betätigen, während eine zweite gleich grosse, diesem Motor zugeordnete Photozellenbatterie nicht mitbenützt wird.
Es hat sich jedoch in der Praxis als fast,ausgeschlossen erwiesen, ein Mikrorelais mit Steuerphotozellen praktischer Grösse genügend sicher steuern zu können, und ausserdem fällt die jeweils nur zur Hälfte ausgenützte, dem Richtmotor zugeordnete Photozel- lenbatterie untragbar gross aus.
Es ist Idas Ziel vorliegender Erfindung, eine Uhr der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche sowohl zur Steuerung der Schaltung als auch zum Antrieb der Motoren mit Photozellen tragbarer Grösse auszukommen und eine genügende Aufzugsreserve auch in verhältnismässig dunklen Räumen zu erzielen gestattet. Die Uhr gemäss vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, idass die erwähnte Schaltung als Stromwendeschaltung ausgebildet ist, über welche die ganze .zweite Photozellenbatterie mit dem Richtmotor verbunden ist.
Es wird damit die günstigste Ausnützung der Photozellenbatterie erzielt, womit die Uhr stets zuverlässig in die günstigste Lichtrichtung geschwenkt werden kann, ohne dass die Photo- zellenbatterien übermässige Grösse aufweisen müssten. Vorzugsweise ist eine kontaktlose elektronische Stromwendeschaltung, beispielsweise mit vier in Brücke geschalteten Transistoren vorhanden, welche durch Steuerphotozellen verhältnismässig geringer Oberfläche zuverlässig gesteuert wenden kann.
Die obenerwähnten Nachteile und die grosse Unzuverlässigkeit eines Mikrorelais fallen dabei weg.
Bei den Photozellenbatterien bekannter Uhren wurde auf .eine besondere, .den Gegebenheiten angepasste Schaltung der Photozellenbatterien nicht geachtet, sondern die Zellen wurden entweder in Serie oder parallel geschaltet. Es ist jedoch besonders dann von Bedeutung, auf ,eine günstige Schaltungsart zu achten, wenn die Photozellenbatterien je etwa halb- kreisförmig auf entgegengesetzten Seiten eines gemeinsamen Trägers angeordnet sind.
Es hat .sich als besonders günstig herausgestellt, wenn idie Photozellen- batterien mindestens zwei Paare von benachbarten, in Serie geschalteten Photozellen aufweisen, wobei alle Zellenpaare parallel geschaltet sind. Es ist mit dieser
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Schaltung möglich, sowohl örtliche hohe Beleuchtungsstärken als auch gleichmässig einfallende mittlere Beleuchtungsstärken voll auszunützen.
Die Massnahmen zur bestmöglichsten Ausnützung der verfügbaren photoelektrischen Energie müssen auch dadurch unterstützt werden, dass die Reibungsverluste so niedrig als möglich gehalten wenden. Zu diesem Zweck werden das Uhrengehäuse und die Photozellen, bzw. ihr Träger, vorzugsweise auf einem Lager schwenkbar angeordnet, welches eine einzige Kugel zur Aufnahme der Axiallast und eine besondere radiale Lagerung .aufweist. Es können dabei zwei axial versetzte Radiallager vorhanden sein und die Kugel kann einseitig auf .einer Hartmetallplatte aufliegen. Durch diese Anordnung können die Reibungsverluste äusserst gering gehalten wenden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Uhr :dargestellt.
Fig. 1 zeigt die Photozellenbatterien und ihren Träger in Draufsicht.
Fig. 2 zeigt den Träger ;der Photozellenbatterien im Schnitt mit der Antriebsvorrichtung, dem Sockel der Uhr und einem Teil des Uhrengehäuses in Seitenansicht.
Fig. 3 zeigt das elektrische Schaltschema der Uhr, und Fig. 4 zeigt die Antriebsvorrichtung und Lagerung der Uhr im Schnitt.
Die dargestellte Uhr weist eine Sockelplatte 1 mit drei vertikal einstellbaren Füssen 2 auf. Auf der Platte 1 ist ein vertikaler Lagerzapfen 3 befestigt, um welchen eine Lagerbüchse 4 in später beschriebener Weise drehbar gelagert ist. Mit .der Lagerbüchse 4 ist die Nabe 5 eines tellerförmigen Kunststoffträgers 6 verbunden. Der Kunststoffträger 6 hat im wesentlichen die Form eines unten offenen, vierzehneckigen, flachen Pyramidenstumpfes, welcher oben und unten durch Metallplatten 7 bzw. 8 abgedeckt ist. Auf der Platte 7 ist mittels Stützen 9 ein tetraederförmiges Uhrengehäuse 10 mi drei dreieckigen Zifferblättern 11 angeordnet.
Der Träger 6 weist vierzehn ebene Auflageflächen 12 auf, längs deren Mitte eine flache Nut 13 verläuft. Am oberen Ende der Nut 13 ist der Träger 6 mit einer Durchbrechung 14 zur Durchführung der Anschlusskabel zu den auf den Flächen 12 liegenden Photozellen versehen. An den Kanten zwischen benachbarten Auflageflächen 12 ist eine Nut 15 vorgesehen, in welche ein Profilhalter 16 der in Fig. 1 dargestellten Querschnittsform aus Kunststoff eingesetzt und verleimt ist. Photozellen 17 sind in die zwischen den seitlichen Rippen der Halter 16 und den Auflageflächen 12 gebildeten Nuten eingesetzt.
Sie stützen sich unten gegen einen seitlich vorstehenden Rand 18 der Platte 8 und sind damit in eindeutiger Lage gesichert.
Wie Fig. 1 zeigt, sind zwei symmetrisch gegen- überliegende Gruppen von je sechs Photozellen 17 bzw. 17a vorhanden, die in später beschriebener Weise je eine Photozellenbatterie bilden. Die Photo- zellen 17 und 17a sind durch je eine :durchsichtige oder durchscheinende Platte 19 gedeckt und geschützt, welche in den zwischen den seitlichen Rippen der Halter 16 und auf dieselben aufgesetzten Metall- leisten 20 gehalten sind. Die Platten 19 stützen sich ebenfalls gegen den unteren Rand 18 der Platte B.
Auf zwei gegenüberliegenden, zwischen den Photozellenbatterien 17 bzw. 17a liegenden Auflageflächen 12 sind auf einer inneren Trägerplatte 21 aus Isoliermaterial je vier längliche, zur Umfangsrichtung des Trägers 6 parallel liegende Photozellen 22a bis 22d bzw. 23a bis 23d angeordnet. Die Photozellen 22 .und 23 sind ebenfalls je durch eine durchsichtige oder durchscheinende Platte 19 abgedeckt.
Wie Fig. 3 zeigt, sind die Photozellen 17 zu einer Photozellenbatterie zusammengeschaltet, wobei je zwei benachbarte Photozellen in Serie geschaltet sind und wobei die in Serie geschalteten Photozellenpaare parallel an einen Aufzugsmotor 24 angeschlossen sind. Der Aufzugsmotor 24 befindet sich im Uhrengehäuse 10 und ist mit der Photozellenbatterie 17 über Kabel verbunden, welche in den Stützen 9 untergebracht sind. Die Photozellen 17a sind in gleicher Weise wie die Photozellen 17 zu einer Zellenbatterie von je zwei in Serie geschalteten Zellen zusammengeschaltet.
Die Photozellenbatterie 17 ist an den Eingang einer vier Transistoren 25a bis 25d enthaltenden Brücke angeschlossen. Je zwei Photozellen 22 und 23 sind mit entgegengesetzter Polarität zusammengeschaltet. Die Verbindungsleitungen je zweier zusammengeschalteter Photozellen 22 und 23 sind mit der Basis .und dem Emitter eines zugeordneten Transistors 25 verbunden, wobei die Verbindungen an die diametral gegenüberliegenden Transistoren 25a und 25c unter sich gleich, aber mit entgegengesetzter Polarität wie die unter sich auch gleichen Verbindungen an die Transistoren 25b und 25d ,
erfolgen. Unter der Voraussetzung gleicher Spannungsdifferenzen an allen Photozellen 22 und 23 werden daher je zwei diametral gegenüberliegende Transistoren leitend und die zwei andern gegenüberliegenden Transistoren gesperrt. Dadurch wird der Stromfluss aus der Photozellenbatterie 17a, je nachdem die Photozellen 22 oder 23 stärker beleuchtet sind, in der einen oder anderen Richtung durch den in die Ausgangsdiagonale der Brücke geschalteten Richtmotor 26 fliessen.
Die eigentliche Antriebsvorrichtung mit dem Richtmotor 26 ist in Fig. 4 ausführlich dargestellt. Die Lagerung der Büchse 4 auf dem Lagerzapfen 3 ,erfolgt mittels zweier.axial versetzter Radiallager 27 und 28. Zur Aufnahme der Axiallast dient eine Kugel 29, welche auf einem in das obere Ende des Lagerzapfens 3 eingelassenen Hartmetallplättchen 30 aufliegt. Die Kugel 29 ist in einem zylindrischen Käfig 31 mit Spiel gehalten, welcher Käfig 31 in eine Bohrung .der Lagerbüchse 4 eingesetzt ist.
über einem Bund 32 des Lagerzapfens 3 ist ein Zahnrad 33 lose auf den Lagerzapfen aufgesetzt. Mittels einer Druckfeder 34 wird eine Friktions- scheibe 35 gegen das Zahnrad 33 gepresst, so ,dass
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dieses Zahnrad nur unter Überwindung einer bestimmten Reibung gegenüber dem Lagerzapfen 6 gedreht werden kann. Mit,dem Zahnrad 33 kämmt ein Zahnrad 36, welches in zwei mit dem Träger 6 verbundenen Platten 37 und 38 gelagert ist. Das Zahnrad 36 wird über zwei weitere in den Platten 37 und 38 bzw. im Flansch des Motors 26 gelagerte Triebe 39 und 40 vom Ritzel 41 des Motors 26 angetrieben.
Die Arbeitsweise der dargestellten Uhr ist wie folgt: Erfolgt der stärkste Lichteinfall von oben in Fig. 1, so wird die Photozellenbatterie 17 optimal beleuchtet und der Aufzugsmotor 24 wird das Uhrwerk rasch aufziehen. Die Photozellen 22 und 23 sind gleichmässig beleuchtet, so dass in den Verbindungsstromkreisen dieser Photozellen keine Spannungsdifferenzen auftreten.
Die Brücke mit den Transistoren 25 befindet sich daher im Gleichgewicht ,und der Richtmotor 26 ist stromlos. Ändert die Richtung des Lichteinfalls, so wird die eine Gruppe von Photozellen 22 oder 23 stärker beleuchtet als die andere, so dass in .den Verbindungsstromkreisen dieser Photozellen Spannungen in einer bestimmten Richtung auftreten, welche die Brücke mit den Transistoren 25 aus den obenerwähnten Gründen aus dem Gleichgewicht bringt.
Die Schaltung äst so ausgelegt, dass in diesem Fall der Richtmotor 26 in ,einer Richtung zu drehen beginnt, welche idie Photozellenbatterie 17 wieder symmetrisch zur Lichtrichtung zu stellen trachtet. Der Motor 26 treibt dabei über die Triebe 39 und 40 das Zahnrad 36 an, welches sich auf idem feststehenden Zahnrad 33 abwälzt und damit die Drehung des Trägers 6 .und des Uhrgehäuses 10 bewirkt.
Das Reibungsmoment zwischen dem Zahnrad 33 und der Scheibe 35 .ist dabei grösser als das Reibungsmoment im Lager, doch kann die Uhr von Hand beliebig gedreht werden, in welchem Falle das Zahnrad 33 zwischen der Scheibe 35 und dem Bund 32 gleitet.
Da die Photozellengruppen 22 und 23 bei Ruhestellung des Systems, d. h. bei Lichtrichtung von oben in Fig. 1, parallel zu dieser Lichtrichtung liegen, werden die den Photozellengruppen 22 und 23 benachbarten Leisten 20 einen Schatten werfen, welcher eine etwas ungleichmässige Beleuchtung ergibt. Durch die Anordnung länglicher Photozellen in Umfangrichtung des Trägers 6 bleibt Jedoch ein solcher Schatten ohne Wirkung, weil er auf alle Photozellen dieselbe Wirkung hat.
Können die Photozellen 22 und 23 so angeordnet werden, dass jede Möglichkeit solcher Schatten ausgeschlossen wird, so könnten säe auch in Richtung der Mantellinien auf dem pyrami- @denstumpfförmigen Träger angeordnet sein.
Wie bereits erwähnt, ist die Anordnung und Schaltung der Photozellenbatterien, insbesondere der normalerweise im Schatten liegenden Photozellenbat- terie 17a, von Bedeutung. Es ist wesentlich, dass diese Photozellenbatterie das verfügbare Licht in allen Fällen optimal ausnützt, um auch bei schwacher Beleuch- tung oder aber bei ausgeprägtem Schlagschatten von gebündeltem Licht noch genügend Energie zum Antrieb des Motors 26 liefern können.
Bei gebündeltem Licht und ausgesprochenem Schlagschatten wird bei .der dargestellten Anordnung mindestens noch die eine, den Steuerphotozellen 22 und 23 benachbarte Photozelle 17a genügend beleuchtet sein, um den Motor 26 anzutreiben. Diese Tatsache hängt einerseits damit zusammen, idass die Steuerphotozellen 22 und 23 und die ihnen benachbarten Photozellen der Photozellenbatterien 17 und 17a in Ebenen liegen, welche einen Winkel von nur 25 bis 26 bzw. 214 bis 215 einschliessen.
Auch bei etwa parallel zu den Ebnen der Steuerphotozellen 22 und 23 gerichtetem Licht werden daher mindestens die einen äussersten Zellen 17a von diesem Licht noch wesentlich beleuchtet.
Da die Photozellen der Batterien nicht alle, sondern nur paarweise in Serie geschaltet sind, wird die Leistung nur einer beleuchteten Zelle nicht wesentlich durch die Serieschaltung weiterer schwach beleuchteter Zellen abgeschwächt. Die Richtapparatur der Uhr arbeitet mit einem Totwinkel von ungefähr 20 , welcher also in ider Grössenordnung des Winkels zwischen der Ebene der Zellen 22 bzw. 23 und der Ebene der angrenzenden Photozelle 17a liegt. Auch aus diesem Grunde wird also, wie erwähnt, immer mindestens eine äusserste ,Photozelle 17a noch erheblich beleuchtet sein.
Bei diffusem Flutlicht genügt eine Beleuchtungsstärke von 50 lux, um einerseits eine genügende Aufzugsreserve zu schaffen und anderseits genügend Energie für den Richtmotor zu erzeugen. Eine Beleuchtungsstärke von 30 lux genügt noch, um die Uhr bzw. ihre Photozellenbatterie 17 in die günstigste Richtung zu bringen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die totale Fläche jeder Photozellenbatterie aus den Zellen 17 oder 17a 140 cm2. Die Fläche Jeder Steuerzelle 22 oder 23 beträgt 3 cm2.
An sich kann auch eine andere räumliche Anordnung der Photozellenbatterien mit Iden Zellen 17 und 17a gewählt werden. Beispielsweise können anstelle von drei Paaren von in Serie geschalteten Photozellen nur zwei solche Paare grösserer Fläche vorgesehen sein.
Anderseits können auch mehr Photozellen vorgesehen sein als beim Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei es jedoch wesentlich ist, dass jede Photozellenbatterie auf einer konvexen Fläche angeordnet ist. Diese Fläche kann weitgehend beliebige Form annehmen, wobei idie den Steuerzellen 22 und 23 benachbarten Photozellen 17 vorzugsweise einen möglichst geringen Winkel mit der Ebene der Photozellen 22 oder 23 einschliessen, insbesondere parallel zu ,denselben angeordnet sein können.
Bei Anordnung von nur vier Photozellen 17 bzw. 17a auf einem Träger in Formeines gleichmässigen Vieleckes wird der Winkel zwischen den Stenerphotozelllen 22 oder 23 und den benachbarten Photozellen 17 oder 17a 36 betragen. Noch grössere Winkeldifferenzen ,sollten vermie-
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den werden, d. h. dieser Winkel sollte jedenfalls nicht grösser ,als 40 sein.