CH411709A - Durch Photozellen gespeiste Uhr - Google Patents

Durch Photozellen gespeiste Uhr

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CH411709A
CH411709A CH918864A CH918864A CH411709A CH 411709 A CH411709 A CH 411709A CH 918864 A CH918864 A CH 918864A CH 918864 A CH918864 A CH 918864A CH 411709 A CH411709 A CH 411709A
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CH
Switzerland
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photocell
photocells
clock according
battery
cells
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CH918864A
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Inventor
Adler Karl
Ducommun Georges
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Biviator Sa
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00Arrangements of electric power supplies in time pieces
    • G04C10/02Arrangements of electric power supplies in time pieces the power supply being a radioactive or photovoltaic source
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04BMECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B5/00Automatic winding up
    • G04B5/22Automatic winding up by thermometric, barometric or like effects or alterations

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromechanical Clocks (AREA)

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Uhr mit aus einer ersten Photozellenbatterie gespeistem Aufzugsmotor und mit aus einer zweiten Photozellenbatterie über eine .durch Photozellen gesteuerte Schaltung gespeistem Richtmotor zur Schwenkung der ersten Photozellenbatterie in die Richtung des stärksten Lichteinfalls, dadurch gekennzeichnet, ,dass die erwähnte Schaltung als Stromwendeschaltung ausgebildet ist, über welche die ganze zweite Photo- zellenbatterie mit dem Richtmotor verbunden ist. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Uhr nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch eine kontaktlose elektronische Stromwen:de- schaltung. 2. Uhr nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .dass die Stromwendeschaltung vier in Brücke geschaltete Transistoren aufweist, wobei im Steuerkreis jedes Transistors ein Paar von Steuerphotozellen liegt. 3.
    Uhr nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei zugeordnete Steuerphotozellen auf symmetrisch gegenüberliegenden Seiten symmetrisch zwischen gleichartigen, ebenfalls symmetrisch gegenüberliegenden ersten und zweiten Photozellen- batterien .angeordnet sind. 4. Uhr nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass je vier längliche Steuerphotozellen parallel zur Schwenkrichtung angeordnet sind. 5.
    Uhr nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Photozellenbatterien mindestens zwei Paare von benachbarten, in Serie geschalteten Photozellen aufweisen, wobei alle Zellenpaare parallel geschaltet sind. 6. Uhr nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in :der zweiten Photozell:en- batterie je die Flächen der äussersten Zellen jeder Photozellenbatterie mit den Flächen der symmetrisch zwischen den Photozellenbatteri.en einen Winkel von höchstens 40 einschliessen. 7.
    Uhr nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Photozellenbattene sechs Zellen aufweist, wobei die Flächen benachbarter Zellen unter sich bzw. mit den Flächen der benachbarten Steuerphotozellen einen Winkel von 25 bis 26 einschliessen. B. Uhr nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beide Photozellenbatterien auf symmetrisch gegenüberliegenden, konkaven Flächen eines gemeinsamen Trägers angeordnet sind. 9.
    Uhr nach Patentanspruch, mit einem Sockel, auf welchem das Uhrengehäuse und die Photozellen drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager eine Kugel zur Aufnahme der Axiallast und besondere radiale Lagermittel aufweist. 10. Uhr nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei axial versetzte Radialliager vorhanden sind. 11. Uhr nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel einseitig mit Spiel in einem Käfig sitzt und anderseits auf eine Hartmetallplatte aufliegt. Entgegengehaltene Schrift- und Bildwerke keine
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4553851A (en) * 1982-12-28 1985-11-19 Matsushita Electric Works, Ltd. Timepiece operated by solar cells

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4553851A (en) * 1982-12-28 1985-11-19 Matsushita Electric Works, Ltd. Timepiece operated by solar cells

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