DE10159010A1

DE10159010A1 - Elektromechanische Schaltuhr

Info

Publication number: DE10159010A1
Application number: DE2001159010
Authority: DE
Inventors: Gregor Tebrake; Erwin Mauz
Original assignee: Legrand GmbH
Current assignee: Legrand GmbH
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2021-12-01
Also published as: EP1316862B1; EP1316862A2; EP1316862A3; DE10159010B4

Abstract

Elektromechanische Schaltuhr, umfassend einen Antrieb und eine von einem Antrieb angetriebene um ihre Achse rotierende Programmschaltscheibe (15) mit Schaltelementen (16) an ihrem Umfang, die in mindestens zwei Stellungen einstellbar sind, die einem Einschaltzustand bzw. einem Ausschaltzustand entsprechen, wobei die jeweiligen Stellungen der Schaltelemente (16) am Umfang der Programmschaltscheibe (15) von einem Schalthebel (17) abgetastet werden, der gelenkig gelagert ist, wobei der Antrieb eine elektronische Steuerung umfasst und einen Getriebesensor (20), der die Abschaltung des Antriebs bewirkt, sobald ein Sensorzähler (31), abhängig vom Betriebszustand der Schaltuhr, die einem oder mehreren Antriebszyklen entsprechende Drehbewegung eines mit dem Antrieb gekoppelten Getriebeteils erfaßt hat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Schaltuhr umfassend einen Antrieb und eine von einem Antrieb angetriebene um ihre Achse rotierende Programmschaltscheibe mit Schaltelementen an ihrem Umfang, die in mindestens zwei Stellungen einstellbar sind, die einem Einschaltzustand bzw. einem Ausschaltzustand entsprechen, wobei die jeweiligen Stellungen der Schaltelemente am Umfang der Programmschaltscheibe von einem Schalthebel abgetastet werden, der gelenkig gelagert ist.

Stand der Technik

Die heutigen elektromechanischen Schaltuhren sind zuverlässig und preiswert. Sie zeichnen sich aus durch eine unkomplizierte Bedienbarkeit und die leichte Erkennbarkeit des kompletten Schaltprogramms anhand der Programmschaltscheibe.
Elektromechanische Schaltuhren werden fast ausschließlich mit einphasigen Schrittmotoren (Typ Lavet) zeitsynchron angetrieben. Diese Motoren bestehen im wesentlichen aus einer Antriebsspule, ferromagnetischen Flußleitstücken und aus einem dauermagnetischen Rotor, welcher entweder 2-polig diametral, oder mehrpolig lateral am Umfang magnetisiert ist. Es handelt sich um gesteuerte Motoren, bei denen sich der Rotor mit jedem Ansteuerimpuls um einen exakt definierten Winkelschritt dreht. Der Motor ist über ein mehrstufiges Getriebe mit der Programmschaltscheibe starr gekoppelt. Die Drehzahl der Programmschaltscheibe ist durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes und die Motordrehzahl bestimmt. Bei Tagesschaltuhren dreht sich die Programmschaltscheibe 1mal pro 24 Stunden, bei Wochenschaltuhren dreht sich die Programmschaltscheibe 1mal pro 7 Tage. Die Schaltelemente am Umfang der Programmschaltscheibe werden durch einen Schaltmechanismus abgetastet. Der Schaltmechanismus betätigt entsprechend der Stellung der Schaltelemente einen elektrischen Schalter.
Es haben sich zwei wesentliche Typen von elektromechanischen Schaltuhren im Markt durchgesetzt:

1. Synchronuhren. Der Antrieb läuft mit einer netzsynchronen Drehzahl, die Uhr bleibt stehen, sobald die Netzspannung ausfällt und muß bei Netzwiederkehr manuell wieder auf die aktuelle Uhrzeit gestellt werden.
2. Quarzuhren mit Gangreserve. Der Antrieb wird mit zeitsynchronen Impulsen gesteuert die in einer elektronischen Einheit (Quarzoszillator und Frequenzteiler) erzeugt werden. Bei Netzbetrieb wird ein Akkumulator geladen, der bei Netzausfall für eine gewisse Zeit die Versorgung der Elektronik übernimmt, und somit dafür sorgt, dass der Antrieb auch während der Netzunterbrechung weiter läuft. Damit entfällt eine Nachstellung der Uhr, solange die Netzunterbrechung nicht länger dauert als die Gangreservedauer, die im wesentlichen durch die Kapazität des Akkus und die Stromaufnahme des Antriebs bestimmt ist.

Die Motordrehzahl ist bestimmt durch die Gleichung n = f/p
n = Motordrehzahl
f = Ansteuerfrequenz
p = Polpaarzahl
Für einen typischen Motor in einer Quarzuhr mit einer Ansteuerfrequenz von f = 0,5 Hz und einer Polpaarzahl von p = 1 ergibt sich eine Motordrehzahl von n = 0,5/s.
Für einen typischen Motor in einer Synchronuhr mit einer Ansteuerfrequenz von f = 50 Hz und einer Polpaarzahl von p = 5 ergibt sich eine Motordrehzahl von n = 10/s.
Die Übersetzung zwischen der Motordrehzahl und der Drehzahl der Programmschaltscheibe wird durch ein Übersetzungsgetriebe realisiert. Als Getriebeprinzipien sind sowohl Stirnradgetriebe als auch Schneckengetriebe üblich.
Das Übersetzungsverhältnis i ist bestimmt durch die Gleichung i = n(M)/n(Ps)
i = Übersetzungsverhältnis
n(M) = Drehzahl Motor
n(Ps) = Drehzahl Programmschaltscheibe
Für eine Tagesschaltuhr (Programmschaltscheibe dreht sich 1mal pro 24 h) beträgt das Übersetzungsverhältnis i = 43 200 bei einer Motordrehzahl von beispielsweise n(M) = 0,5/s, bzw. Übersetzungsverhältnis i = 864 000 bei einer Motordrehzahl von beispielsweise n(M) = 10/s.

Nachteile elektromechanischer Schaltuhren

Keine automatische Sommer-/Winterzeitumstellung

Viele Länder führen inzwischen eine Umstellung der offiziellen Uhrzeit in den Sommermonaten durch. Bei elektromechanischen Schaltuhren ist eine automatische Umstellung an einem festgelegten Datum und Uhrzeit derzeit nicht möglich. Für den Anwender ist das sehr lästig, da er zweimal im Jahr diese Umstellung manuell durchführen muß, wenn er vermeiden will, daß sich die programmierten Schaltzeiten um 1 Stunde gegenüber der amtlichen Zeit verschieben.

Kurze Gangreservedauer

Die Gangreservedauer bei elektromechanischen Schaltuhren liegt bei ca. 100 bis 1000 Stunden. Die wesentlichen Gründe dafür sind:
Im Gangreservebetrieb wird bedingt durch die starre Kopplung von Motor, Getriebe, Schaltscheibe, und Schaltmechanismus die gesamte Funktion der Uhr inklusive Schalterbetätigung aufrechterhalten. Die Antriebsenergie muß bei jedem Schritt des Motors immer für den maximalen Drehmomentbedarf während des Schaltvorgangs ausgelegt sein, obwohl der maximale Drehmomentbedarf (Schaltvorgang) relativ selten auftritt. Das führt bei Speisung einer solchen Uhr aus einem Akkumulator zu relativ kurzen Gangreservezeiten.
Der Schrittbetrieb eines Motors mit geringer Drehzahl, ist energetisch ungünstig, da die Rotormasse immer wieder aus dem Stillstand beschleunigt werden muß.
Der Schrittbetrieb eines Motors mit höherer Drehzahl (quasikontinuierlicher Schrittbetrieb) führt zu einer erhöhten Anzahl der Übersetzungsstufen aufgrund des ansteigenden Übersetzungsverhältnisses und damit zu einem geringeren Getriebewirkungsgrad.
Der Wirkungsgrad eines m-stufigen Getriebes ist gering, da sich der Gesamtwirkungsgrad aus der Multiplikation der Wirkungsgrade der einzelnen Getriebestufen ergibt.

Störanfälligkeit

Uhrengetriebe sind feinmechanische Bauelemente. Die Getriebeteile sind empfindlich sowohl in bezug auf Herstelltoleranzen als auch in bezug auf Verschmutzung. Elektromechanische Schaltuhren werden oft in industrieller Umgebung eingesetzt, wo mit Staubbelastung zu rechnen ist. In das Getriebe eindringende Partikel können aufgrund der relativ geringen Antriebsdrehmomente zum Ausfall der Schaltuhr führen.

Aufgabe

Die Aufgabe besteht darin, eine elektromechanische Schaltuhr der eingangs genannten Art zu schaffen, die so aufgebaut ist, dass zusätzliche sonst bei diesem Uhrentyp nicht mögliche Funktionen realisierbar sind.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine elektromechanische Schaltuhr der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Die erfindungsgemäße Schaltuhr kann z. B. folgende Zusatzfunktionen haben:
Automatische Sommer-/Winterzeit-Umstellung
Gangreservedauer > 1a
Außerdem erreicht man eine Reduzierung der beweglichen Getriebeteile im Vergleich zu herkömmlichen Schaltuhren.
Dies wird im wesentlichen erreicht durch Einsatz einer elektronischen Steuerung in Verbindung mit einem vorwärts und ggf. rückwärts drehbaren Antrieb und einem Getriebesensor.
Die elektronische Steuerung umfasst vorzugsweise:
Einen Quarzoszillator und Frequenzteiler zur Erzeugung eines zeitsynchronen Takts.
Ein Zeitregister in dem die aktuelle Zeit und das Datum registriert werden, und über einen Programmiereingang einstellbar sind.
Eingänge zur Auswahl der Sommer-/Winterzeit Region.
Einen Motortreiber zur Ansteuerung eines Motors.
Eingänge zur manuellen Vorwärts- und Rückwärtssteuerung des Antriebs um die Schaltuhr auf die entsprechende Ortszeit in einer anderen Zeitzone einzustellen.
Umstellregister in welchen die Informationen bezüglich der Umstellzeiten und des jeweiligen Umstelldatums für verschiedene Jahre und Regionen (Europa, USA, GB, etc. . . .) dauerhaft gespeichert sind.
Einen Sensoreingang, der auf einen Sensorzähler wirkt, der abhängig von einem voreinstellbaren Zählergebnis ein Abschalten des Motors bewirkt.
Einen Netzsensoreingang zur Erkennung der Netzspannung und ggf. der Nulldurchgänge.
Einen Netzausfallzähler in dem die Dauer eines Netzausfalls registriert wird.
Einen Programmeingang, der in Abhängigkeit des Schaltprogramms die beiden logischen Zustände "0" (GND) oder "1" (Vcc) aufweist.
Einen Programmausgang, der in Abhängigkeit des Zustands des Programmeingangs das Ein- bzw. Ausschalten eines Lastrelais bewirkt.
Die Drehzahl des Antriebs ist vorzugsweise in bezug auf die mechanische Übersetzung des Getriebes um ein vielfaches höher ausgelegt, als es für den kontinuierlichen Echtzeitbetrieb der Schaltuhr notwendig ist. Der Antrieb wird periodisch nur für kurze Dauer aktiviert. Die Einschaltdauer des Antriebs wird durch den Getriebesensor geregelt. Durch den Intervallbetrieb wird die relativ hohe Drehzahl des Antriebs quasi elektronisch untersetzt.
Der Antrieb wird im normalen Uhrenbetrieb von der elektronischen Steuerung zu Beginn eines periodischen Zeitintervalls (vorzugsweise Minutenintervall) eingeschaltet, wobei der Abschaltzeitpunkt durch einen Getriebesensor bestimmt wird, der die einem definierten Zeitintervall (vorzugsweise Minutenintervall) entsprechende Bewegung eines Getriebeteils erfaßt und an die elektronische Steuerung rückmeldet. Ein Rad des Getriebes (Sensorrad) ist mit zeitäquivalenten Markierungen versehen, vorzugsweise Minutenmarkierungen, die von dem Getriebesensor erfaßt werden. Die Abschaltung des Antriebs erfolgt, sobald der Getriebesensor die nächst folgende Markierung erfaßt. Während der Einschaltdauer des Antriebs wird die Programmschaltscheibe um ein Zeitintervall, vorzugsweise 1 Minute verstellt. Die Einschaltdauer des Antriebs ist aufgrund seiner hohen Drehzahl im normalen Uhrenbetrieb sehr kurz im Vergleich zum Zeitintervall. D. h., für die Verstellung der Programmschaltscheibe um 1 Minute benötigt der Antrieb eine sehr viel kleinere Zeit als 1 Minute. Die Signale des Getriebesensors werden einem Zähler zugeführt, der im folgenden als Sensorzähler bezeichnet wird.
Die Schnellverstellung der Uhr um beispielsweise +/-1 h bei einer Sommer- oder Winterzeitumstellung wird insbesondere dadurch realisiert, daß der Antrieb nicht mit dem nächst folgendem Impuls des Getriebesensors abgeschaltet wird, sondern daß eine Anzahl von x Impulsen durch den Sensorzähler gezählt wird, vorzugsweise x = 60 Minutenimpulse, bevor der Antrieb abgeschaltet wird.
Alternativ kann ein nur vorwärts drehender Antrieb für z. B. 60 Minutenimpulse gesperrt werden, um eine Rückstellung der Uhr um 1 Stunde zu bewirken.
Die Gangreservedauer wird im Vergleich zu herkömmlichen Uhren insbesondere dadurch erheblich gesteigert, dass weder der Antrieb noch der Lastschalter während einer Netzunterbrechung aktiv ist. Die elektronische Schaltung erkennt über den Netzsensoreingang, ob die Netzspannung zur Verfügung steht oder nicht. Bei Netzausfall wird ein Netzausfallzähler gestartet, der die Dauer des Netzausfalls in Minuten erfaßt. Bei Netzwiederkehr wird die Uhr auf die aktuelle Zeit nachgestellt, indem der Antrieb solange eingeschaltet wird, bis der Zählerstand des Sensorzählers gleich ist mit dem Stand des Netzausfallzählers. Danach werden beide Zählregister wieder auf 0 gestellt, und der normale Uhrenbetrieb mit periodischen Antriebsintervallen - vorzugsweise Minutenintervalle - wird ausgeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
Fig. 1 Stirnradgetriebe einer herkömmlichen Quarz-Tagesschaltuhr (Prinzip Stand der Technik),
dargestellt ist das Getriebe vom Motortrieb bis zur Schaltscheibe;
Fig. 2 elektromechanische Schaltuhr, Prinzip erfindungsgemäße Ausführung, schematisch vereinfachtes Diagramm;
Fig. 3 elektromechanische Schaltuhr, vereinfachte erfindungsgemäße Ausführung, schematisch vereinfachtes Diagramm; Programmschaltscheibe wird in Gangreserve nicht angetrieben, jedoch bei Netzwiederkehr automatisch auf die aktuelle Zeit eingestellt. Lastschalter ist bei Netzwiederkehr aktiv und schaltet in der Verstellphase der Uhr entsprechend dem eingestellten Programm.
Fig. 1 zeigt ein Stirnradgetriebe einer herkömmlichen Quarz- Tagesschaltuhr. Die Schaltscheibe wird kontinuierlich sowohl im Netzbetrieb, als auch im Gangreservebetrieb angetrieben, solange der Akkumulator über genügend Energie verfügt.
(Verzahnung nicht dargestellt).
Ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführung werden nachfolgend die verschiedenen Betriebssituationen erläutert.
Fig. 2 zeigt eine elektromechanische Tagesschaltuhr in erfindungsgemäßer Ausführung. Die Programmschaltscheibe wird in der Gangreserve nicht angetrieben, jedoch bei Netzwiederkehr automatisch auf die aktuelle Zeit eingestellt.

Normaler Schaltuhrenbetrieb (Netzbetrieb)

Die elektronische Steuereinheit erzeugt wie bei einer typischen elektronischen Uhr aus den Schwingungen eines Oszillators 23 mittels eines elektronischen mehrstufigen Teilers 25 einen zeitsynchronen Takt, vorzugsweise mit einer Taktfrequenz von 1 Hz. Dieser Takt wird benutzt um das Register 27 für die aktuelle Zeit und das aktuelle Datum laufend zu inkrementieren. Der Inhalt des Registers 27 für die aktuelle Zeit und das aktuelle Datum kann über einen Programmiereingang 24 auf die aktuelle Zeit und das aktuelle Datum eingestellt werden.
Wenn der Netzsensor 34 meldet, dass die Netzspannung vorhanden ist, wird der Motortreiber 28 in zeitsynchronen Intervallen, vorzugsweise in Minutenintervallen von der elektronischen Steuerung gestartet und schaltet den Motor 10 ein. Die Abschaltung des Motors 10 erfolgt, wenn der Getriebesensor 20 anhand einer Markierung 19, vorzugsweise einer Minutenmarkierung, die Fortbewegung eines Getrieberads um einen bestimmten Drehwinkel, der vorzugsweise exakt der Verstellung der Uhr um 1 Minute entspricht, an die elektronische Steuerung rückmeldet. Das Sensorsignal wird dem Sensorzähler 31 zugeführt. Der Sensorzähler 31 hat die Funktion eines repetierenden Vorwahlzählers, der bei Erreichen der Vorwahl ein Ausgangssignal abgibt und das Zählregister wieder auf 0 stellt. Das Ausgangssignal des Sensorzählers 31 wirkt auf den Motortreiber 28 und schaltet diesen aus. Der Sensorzähler 31 wird je nach Betriebszustand der Uhr durch das Steuerprogramm auf eine bestimmte Vorwahl eingestellt. Im normalen Uhrenbetrieb ist die Vorwahl auf 1 gestellt.
Der Programmeingang 33 der elektronischen Steuerung wird über den Schalter, der mit dem Schalthebel 17 gekoppelt ist entweder auf logisch "1" (Vcc 41) oder auf logisch "0" (GND 35) geschaltet. Der Programmausgang 33' steuert mit diesem Signal das Lastrelais 38. Um die Kontaktlebensdauer des Lastrelais 38 zu erhöhen können die Signalflanken des Programmausgangs 33' so verzögert werden, dass der Schaltvorgang des Lastrelais 38 immer kurz vor einem Nulldurchgang der Netzspannung erfolgt. Die Nulldurchgänge der Netzspannung werden durch den Netzsensor 34 erfaßt.

Gangreservebetrieb

Tagesschaltuhr

Wenn der Netzsensoreingang einen Netzausfall meldet, - Zustand am Netzsensoreingang wechselt von logisch "1" auf logisch "0" -, dann wird der Motortreiber nicht mehr aktiviert, d. h., die Programmschaltscheibe 15 bewegt sich nicht mehr. Der Programmausgang 33' wird auf logisch "0" geschaltet. Dadurch geht das Lastrelais 38 in die Ruhestellung. Die aktuelle Zeit und das aktuelle Datum werden weiterhin batteriegestützt erfaßt. Der Netzsensor 34 startet bei Netzausfall den Netzausfallzähler 32, der die Minuten des Netzausfalls zyklisch von 0 aufwärts bis 720 und wieder abwärts bis 0 zählt, danach wieder aufwärts bis 720, usw. Bei Netzwiederkehr wird der Netzausfallzähler 32 gestoppt. Der aktuelle Zählerstand wird als Vorwahl an den Sensorzähler 31 übertragen. Abhängig davon ob der Netzausfallzähler 32 in der Aufwärtsphase oder Abwärtsphase gestoppt wurde, wird der Motortreiber 28 mit dem nächsten Minutenimpuls in der Betriebsart vorwärts bzw. rückwärts in Betrieb genommen, um die Uhr einzustellen. Durch das beschriebene Verfahren ist eine Verstellung der Uhr nach Netzausfall um maximal 12 h vorwärts oder rückwärts nötig. Die Anzahl der Minuten, die für den Einstellvorgang notwendig ist, wird registriert und zur Vorwahl des Sensorzählers 31 addiert, wenn die Uhr vorwärts verstellt wird, bzw. subtrahiert, wenn die Uhr rückwärts verstellt wird.
Erst wenn der Motor 10 solange in Betrieb war, daß die vom Getriebesensor 20 eingehende Anzahl von Impulsen der Vorwahl des Sensorzählers 31 entspricht, wird der Motortreiber 28 durch das Ausgangssignal des Sensorzählers 31 abgeschaltet, und gleichzeitig setzt das Steuerprogramm die Vorwahl des Sensorzählers 31 wieder auf 1 und den Netzausfallzähler 32 wieder auf 0, was dem normalen Uhrenbetrieb entspricht. Die Schaltuhr läuft jetzt wieder im Netzbetrieb, die Programmschaltscheibe 15 wurde bei Netzwiederkehr entsprechend der Netzausfalldauer nachgestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird auch der Programmausgang 33' für das Lastrelais wieder entsprechend dem Zustand des Programmeingangs 33 aktiviert. Alternativ kann die Uhr auch mit einem Antrieb ausgerüstet sein, der nur in eine Richtung (vorwärts) dreht. In diesem Fall zählt der Netzausfallzähler 32 die Minuten des Netzausfalls zyklisch von 0 bis 1439 aufwärts und beginnt danach wieder bei 0. Die Uhr muß bei dieser Methode nach einem Netzausfall im ungünstigsten Fall um 23 h 59 min verstellt werden.

Wochenschaltuhr

Eine Wochenschaltuhr funktioniert nach dem gleichen Prinzip. Lediglich der Netzausfallzähler 32 arbeitet mit anderen Zählbereichen. Wird ein vor-/rückwärts betreibbarer Antrieb eingesetzt, dann zählt der Netzausfallzähler 32 die Minuten des Netzausfalls zyklisch von 0 aufwärts bis 5040 und wieder abwärts bis 0, danach wieder aufwärts bis 5040 usw. Dadurch wird erreicht, dass die Uhr im ungünstigsten Fall um maximal 5040 Minuten (3,5 Tage) vorwärts oder rückwärts nachgestellt werden muß.
Alternativ kann die Uhr auch mit einem Antrieb ausgerüstet sein, der nur in eine Richtung (vorwärts) dreht. In diesem Fall zählt der Netzausfallzähler 32 die Minuten des Netzausfalls zyklisch von 0 bis 10 079 aufwärts und beginnt danach wieder bei 0. Die Uhr muß bei dieser Methode nach einem Netzausfall im ungünstigsten Fall um 6 d :-23 h:59 min verstellt werden.
Um Energie zu sparen ist es vorteilhaft den Getriebesensor 20 im Gangreservebetrieb abzuschalten, da er im Gangreservebetrieb nicht benötigt wird.

Sommer-/Winterzeitumstellung

Über 2 Programmiereingänge der elektronischen Steuerung wird die Region ausgewählt, deren Umstellregel berücksichtigt werden soll. Jeder Region ist ein bestimmtes Signalmuster an den Programmiereingängen zugeordnet. Die Zuordnung kann beispielsweise folgendermaßen aussehen.
Entsprechend der Auswahl werden die spezifischen Umstelldaten in die Umstellregister 1 29 und 2 30 geladen.

Sommer-/Winterzeitumstellung bei Netzbetrieb

Im Register "Umstellzeitpunkt 1" ist beispielsweise die Uhrzeit und das Datum des Beginns der Sommerzeit gespeichert.
Im Register "Umstellzeitpunkt 2" ist beispielsweise die Uhrzeit und das Datum des Beginns der Winterzeit gespeichert.
Während des normalen Uhrenbetriebs vergleicht das Steuerprogramm laufend, ob der Inhalt des aktuellen Zeitregisters (Zeit und Datum) 27 gleich ist mit dem Inhalt eines der beiden Umstellregister für (Zeit und Datum) 29, 30.

Beginn der Sommerzeit

Vorstellen der Uhr

Wird Übereinstimmung des aktuellen Zeitregisters 27 mit Umstellregister 1 29 festgestellt, dann setzt das Steuerprogramm die Vorwahl des Sensorzählers von 1 auf 60, sofern mit Minutenimpulsen gearbeitet wird. Mit dem nächsten Antriebsimpuls wird der Motortreiber 28 vorwärts gestartet, und bleibt solange aktiv, bis der Sensorzähler eine Vorverstellung der Uhr um 60 Minuten erfaßt hat. Danach wird der Motortreiber 28 wieder gestoppt und die Vorwahl des Sensorzählers 31 wird durch das Steuerprogramm wieder von 60 auf 1 zurückgestellt. Das aktuelle Zeitregister wird um 1 Stunde vorgestellt.

Beginn der Winterzeit

Rückstellen der Uhr

Wird Übereinstimmung des aktuellen Zeitregisters 27 mit Umstellregister 2 30 festgestellt, dann setzt das Steuerprogramm die Vorwahl des Sensorzählers 31 von 1 auf 60, sofern mit Minutenimpulsen gearbeitet wird. Mit dem nächsten Antriebsimpuls wird der Motortreiber 28 rückwärts gestartet, und bleibt solange aktiv, bis der Sensorzähler 31 eine Rückstellung der Uhr um 60 Minuten erfaßt hat. Danach wird der Motortreiber 28 wieder gestoppt und die Vorwahl des Sensorzählers 31 wird durch das Steuerprogramm wieder von 60 auf 1 zurückgestellt, und der Motortreiber 28 wird wieder vorwärts betrieben. Das aktuelle Zeitregister 27 wird um 1 Stunde zurückgestellt.
Alternativ kann bei Einsatz von Antrieben mit nur einer Drehrichtung (vorwärts) die Rückstellung der Uhr auch dadurch erfolgen, daß der Motortreiber 28 für eine bestimmte Anzahl von Antriebsimpulsen, z. B. 60 Minutenimpulse, gesperrt wird. D. h., der Uhrenbetrieb setzt für genau 1 Stunde aus, um danach wieder den normalen Betrieb aufzunehmen.

Sommer-/Winterzeitumstellung im Gangreservebetrieb

Fällt der Umstellzeitpunkt zufällig in den Gangreservebetrieb, dann werden die für die Zeitumstellung erforderlichen Impulse - beispielsweise 60 Minutenimpulse - auf das Ergebnis des Netzausfallzählers 32 addiert bzw. subtrahiert, und die Verstellung der Uhr erfolgt bei Netzwiederkehr entsprechend.

Einstellung der Schaltuhr auf eine andere Ortszeit

Zeitzone

Die elektronische Schaltung verfügt mindestens über einen Stelleingang 22, über den eine Verstellung der Schaltuhr vorwärts durch Betätigen der entsprechenden Taste bewirkt wird. Vorteilhaft ist ein zweiter Stelleingang 22', der eine entsprechende Verstellung der Schaltuhr rückwärts ermöglicht. Während der Verstellung werden die Sensorimpulse entsprechend auf das aktuelle Zeitregister 27 addiert bzw. subtrahiert. Das Datumsregister wird durch diesen Einstellvorgang nicht beeinflußt.

Getriebesensor 20

Der Getriebesensor 20 kann in folgenden Varianten ausgeführt sein:
Gabellichtschranke. Das Getrieberad mit den Zeitmarken läuft durch eine Gabelförmige Lichtschranke, die aus einem optischen Sender und Empfänger besteht. Die Zeitmarken sind als Öffnungen in dem Getrieberad ausgeführt, die den Strahlengang zwischen dem Sender und Empfänger während der Rotationsbewegung des Getrieberads freigeben und unterbrechen.
Reflexlichtschranke. Das Getrieberad mit den Zeitmarken wird von der Oberseite oder Unterseite durch eine Reflexlichtschranke, die aus einem optischen Sender und Empfänger besteht, berührungslos abgetastet. Die Zeitmarken sind als Zonen mit wechselndem Reflexionsverhalten auf der dem Getriebesensor zugewandten Seite des Getrieberads ausgeführt. Abhängig davon, ob bei der Rotationsbewegung des Getrieberads eine Zone mit hohem oder geringem Reflexionsvermögen im Erfassungsbereich der Reflexlichtschranke ist, wird der Ausgang des Getriebesensors ein- oder ausgeschaltet.
Elektrischer Schalter. Die Zeitmarken des Getrieberads sind erhaben oder vertieft auf der Oberseite oder Unterseite des Getrieberads ausgeführt und betätigen bei der Drehbewegung einen elektrischen Kontakt.
Magnetischer Getriebesensor. Die Zeitmarken des Getrieberads sind als dauermagnetische Markierungen ausgeführt, die von einem Magnetfeldsensor - beispielsweise Hallsensor oder Magnetfeld abhängiger Widerstand - erfaßt werden.

Antrieb

Das Antriebssystem ist ein Rotationsantrieb der entweder vorwärts und rückwärts betreibbar ist, oder nur vorwärts. Der Antriebstyp ist beliebig und kann sein ein
Synchronmotor
Gleichstrommotor
Piezo-Resonanzmotor
Etc. . . .

Getriebe

Die erste Getriebestufe ist vorzugsweise als Reibradgetriebe ausgeführt. Dies hat den Vorteil, daß Laufgeräusche im Vergleich zu Stirnradverzahnungen deutlich geringer sind, und daß höhere Übersetzungsverhältnisse realisierbar sind. Das Übersetzungsverhältnis bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ergibt sich aus dem Verhältnis des Durchmessers 1. Rad 12 zum Durchmesser der Antriebswelle 11 und beträgt 25 mm : 2,5 mm = 10 : 1. Die erste Getriebestufe kann alternativ auch als Schneckengetriebe ausgeführt sein.

Vereinfachte Ausführung

Fig. 3 zeigt eine elektromechanische Tagesschaltuhr als vereinfachte erfindungsgemäße Ausführung. Die Programmschaltscheibe 15 wird in Gangreserve nicht angetrieben, jedoch bei Netzwiederkehr automatisch auf die aktuelle Zeit eingestellt. Lastschalter 39 ist bei Netzwiederkehr aktiv und schaltet in der Verstellphase der Uhr entsprechend dem eingestellten Programm. Ausgehend von der in Fig. 3 dargestellten Ausführung sollen im folgenden die Möglichkeiten und Einschränkungen aufgezeigt werden, die mit einer vereinfachten Version verbunden sind.
In Fig. 3 ist das Lastrelais 38 durch einen mechanischen Lastschalter 39 ersetzt, der direkt durch den Schalthebel 17 gesteuert wird. Damit entfallen in der elektronischen Steuerung der Programmeingang/- ausgang 33, 33'. Ebenfalls entfallen die Bauelemente für die elektronische Ansteuerung des Relais. Weiterhin ist der Aufwand an Bauelementen im Bereich des Netzteils deutlich reduziert.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sie wesentlich preisgünstiger herzustellen ist, als die Version entsprechend Fig. 2, jedoch sind auch einige Einschränkungen hinsichtlich der Funktion damit verbunden.
In einer automatischen Verstellphase der Schaltuhr, z. B. nach einer Gangreserveperiode, oder während einer So/Wi-Umstellung, oder während einer manuell ausgelösten Verstellung wird der Lastschalter 39 immer entsprechend dem an der Programmschaltscheibe 15 eingestellten Programm betätigt. D. h., wenn die Uhr beispielsweise nach einer Netzunterbrechung in den automatischen Schnellverstellbetrieb geht, dann wird der Lastschalter 39 eventuell mehrmals eingeschaltet und wieder ausgeschaltet, weil das Schaltprogramm ähnlich einem Zeitraffer durchfahren wird.
Der Einschaltzeitpunkt der Lastkontakte ist zufällig in Bezug auf den Phasenwinkel der Netzspannung.
Die beweglichen Getriebeteile sind durch die erfindungsgemäße Ausführung in der Regel deutlich reduziert. In einer möglichen erfindungsgemäßen Ausführung werden im Vergleich zur herkömmlichen Ausführung nur 4 Getrieberäder anstatt 6 Getrieberäder benötigt, obwohl die Rotordrehzahl in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in Fig. 2 um den Faktor 20 höher ist als in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1.
Die Reduktion der beweglichen Getriebeteile gelingt dadurch, dass der Antrieb in Verbindung mit der elektronischen Steuerung durch den Intervallbetrieb bereits eine relativ hohe elektronische Übersetzung erfährt, die mechanisch mehreren Getriebestufen entspricht.
Außerdem können die Getriebestufen vor dem Sensorrad 12 als Reibräder (ohne Verzahnung) ausgeführt werden, da der Getriebesensor 20 eventuell auftretenden Schlupf dadurch ausgleicht, dass er die Abschaltung des Antriebs immer erst dann bewirkt, wenn er die nächste Zeitmarke erfaßt hat. Mit einem Reibradgetriebe lassen sich pro Stufe bei gleichen Abmessungen höhere Übersetzungsverhältnisse realisieren als bei verzahnten Stirnradgetrieben. Vorteile der diskutierten Ausführungsbeispiele Eine elektromechanische Schaltuhr nach dem beschriebenen Prinzip ist für den Anwender sehr einfach zu bedienen. Nach Programmierung der Schaltelemente 16 und Einschalten der Versorgungsspannung stellt sich die Programmschaltscheibe 15 automatisch auf die aktuelle Zeit ein.
Die Verstellung der Uhr um +/-1 Stunde im Zusammenhang mit der Sommerzeit bzw. Winterzeitumstellung erfolgt automatisch. Bezugszeichenliste 10 Motor
11 Antriebswelle
12 1. Rad (Sensorrad)
13 2. Rad
14 3. Rad
15 Programmschaltscheibe
16 Schaltelemente
17 Schalthebel
19 Markierung
20 Getriebesensor
21 NL Netz
22/22' Stelleingänge
23 Oszillator
24 Programmiereingang
25 Teiler
26 So/Wi-Zeit Auswahl (Euro, USA, GB, keine)
27 Aktuelles Zeitregister (Zeit, Datum)
28 Vorwärts-rückwärts Motortreiber
29 Umstellregister 1 (Zeit/Datum)
30 Umstellregister 2 (Zeit/Datum)
31 Sensorzähler
32 Netzausfallzähler
33 Programm-Eingang
33' Programm-Ausgang
34 Netzsensor
35 GND
36 LN Netz
37 LAST
38 Lastrelais
39 Lastschalter
40 LN
41 Vcc

Claims

1. Elektromechanische Schaltuhr, umfassend einen Antrieb und eine von einem Antrieb angetriebene um ihre Achse rotierende Programmschaltscheibe (15) mit Schaltelementen (16) an ihrem Umfang, die in mindestens zwei Stellungen einstellbar sind, die einem Einschaltzustand bzw. einem Ausschaltzustand entsprechen, wobei die jeweiligen Stellungen der Schaltelemente (16) am Umfang der Programmschaltscheibe (15) von einem Schalthebel (17) abgetastet werden, der gelenkig gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine elektronische Steuerung umfasst und einen Getriebesensor (20), der die Abschaltung des Antriebs bewirkt, sobald ein Sensorzähler (31), abhängig vom Betriebszustand der Schaltuhr, die einem oder mehreren Antriebszyklen entsprechende Drehbewegung eines mit dem Antrieb gekoppelten Getriebeteils erfaßt hat.

2. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb nur im Netzbetrieb zu Beginn eines periodischen Antriebszyklus eingeschaltet wird.

3. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung einen Quarzoszillator und Frequenzteiler zur Erzeugung eines zeitsynchronen Takts umfasst.

4. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb im Uhrenbetrieb jeweils solange eingeschaltet ist, bis der Sensorzähler (31) die einem Antriebszyklus entsprechende Drehbewegung des Getriebes erfaßt hat.

5. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltdauer des Antriebs im Verhältnis zu einem Antriebszyklus sehr kurz ist.

6. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung mittels eines Netzsensors (34) unterscheidet, ob sich die Schaltuhr im Netzbetrieb oder Gangreservebetrieb befindet.

7. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebesensor (20) im Gangreservebetrieb deaktiviert ist.

8. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebesensor (20) mit dem Einschalten des Antriebs aktiviert wird, und unmittelbar nach dem Abschalten des Antriebs deaktiviert wird.

9. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung im Gangreservebetrieb aus einer Primärzelle gespeist wird.

10. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung im Gangreservebetrieb aus einen Akkumulator gespeist wird, der bei Netzbetrieb geladen wird.

11. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Gangreservebetriebs in einem Netzausfallzähler (32) registriert wird, indem die Anzahl der nicht ausgeführten Antriebszyklen gezählt werden.

12. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb bei Netzwiederkehr solange eingeschaltet wird, bis der Sensorzähler (31) die Anzahl von Antriebszyklen erfaßt hat, die der Netzausfallzähler (32) während des Gangreservebetriebs ermittelt hat.

13. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung über mindestens einen Eingang verfügt, der die Auswahl einer bestimmten Regel für die Umstellung der Sommerzeit und der Winterzeit ermöglicht.

14. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung Umstellzeitpunkte erkennen kann durch Vergleich von gespeicherten Umstellzeitpunkten mit der aktuellen Zeit.

15. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1 und 13-14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Umstellzeitpunktes eine Verstellung der Programmschaltscheibe (15) durchgeführt wird, indem der Antrieb solange eingeschaltet wird, bis der Sensorzähler (31) die der gewünschten Zeitumstellung entsprechende Anzahl von Antriebszyklen erfaßt hat.

16. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung mindestens einen vorwärts Stelleingang (22) besitzt, über den der Antrieb manuell verstellt werden kann.

17. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung einen vorwärts und einen rückwärts Stelleingang (22, 22') besitzt, über den der Antrieb manuell verstellt werden kann.

18. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1 und 16-17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigung des vorwärts Stelleingangs (22) das aktuelle Zeitregister (27) entsprechend der vom Sensorzähler (31) erfaßten Anzahl der Impulse inkrementiert wird.

19. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1 und 16-18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Betätigung des rückwärts Stelleingangs (22') das aktuelle Zeitregister (27) entsprechend der vom Sensorzähler (31) erfaßten Anzahl der Impulse dekrementiert wird.

20. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung über einen Programmiereingang (24) verfügt, über den der Inhalt des aktuellen Zeitregisters (27) programmierbar ist.

21. Elektromechanische Schaltuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmausgang (33') die Ansteuerung des Lastrelais (38) gegenüber dem Signal des Programmeingangs derart verzögert, dass der Kontaktschließzeitpunkt des Lastrelais (38) kurz vor dem Nulldurchgang der Netzwechselspannung erfolgt.