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Drahtlose Synchronuhr Die Erfindung bezieht sich auf Geräte zur Messung
und zur Anzeige der Zeit. Im einzelnen bezieht sie sich auf drahtlose elektrische
Uhren.
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Im Uhrenw esen ist seit langem bekannt, daß die Steuerung einer Anzahl
von Nebenuhren durch eine gemeinsame Hauptuhr viele Vorteile gegenüber einer Reihe
von, unabhängigen Uhren: besitzt, die notwendigerweise die Zeit sowohl genau messen
als auch anzeigen müssen. Vielleicht der größte Vorteil des Hauptuhrensystems ist
die Einfachheit der als Anzeigegeräte dienenden 'Nebenuhren im Vergleich zu ihrer
großen Ganggenauigkeit. Weiterhin ist es möglich, da, die, Hauptuhr zur Kontrolle
praktisch einer beliebigen. Anzahl von Nebenuhren dienen kann, daß die Hauptuhr
beliebig genau gebaut werden kann, ohne das Gesamtsystem wesentlich zu verteuern.
Dieses ist insbesondere der Fall, wenn eine große Anzahl von Nebenuhren vorhanden
sind.
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Im Laufe der Zeit sind verschiedene Systeme bekanntgeworden., die
dieses leisten. Eines der ältesten verwendet Synchronisierimpulse, die in regelmäßigen.
Intervallen erzeugt werden und die den Nebenuhren zugeführt werden, um Abweichungen
dieser Nebenuhren vom der Hauptuhr zu korrigieren. Die Synchronisierimpulse werden
normalerweise in Form von. elektrischen Signalen über eine direkte leitende Verbindung
von der Hauptuhr zu den als Anzeiger dienenden Nebenihren übertragen.
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Zur Übertragung der Synchronisier- oder Steuerimpulse von der Hauptuhr
zu den, angeschlossenen Nebenuhren kann eine spezielle, nur diesem Zweck dienende
Leitung geschaltet werden; es ist aber auch bekannt, hierfür das vorhandene Starkstromnetz
zu verwenden, dem dann die Steuerimpulse in Form von ton- oder hochfrequenten Signalen
aufmodu.liert und über elektrische Weichen abgenommen werden.
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Ferner ist es zur elektronischen Selbststeuerung von Kraftfahrzeugen
bereits bekannt, mit hochfrequenten. Streufeldern zu arbeiten, die von einem Wechselstromkabel
mit 100 kHz kommen und die: Kraftfahrzeuge auf der Autobahn beeinflussen.
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Ferner wurden im Laufe der Entwicklung der Radiotechnik Systeme entwickelt,
bei denen. durch eine drahtlose Übertragung der Synchronisierungssignale in Form
von Radiowellen von der Hauptuhr zu den Nebenuhren die Notwendigkeit einer direkten
materiellen Verbindung zwischen Haupt- und Nebenuhren entfallen konnte. Die Nachteile
eines solchen Systems sind jedoch offenkundig. Um die Synchronisierungssignale für
die Nebenuhren aus dem Strah-1.ungsfeld zu empfangen, sind umfangreiche Empfangsgeräte,
meist noch zusammen mit einem komplizierten vielstufigen Frequenzteiler notwendig,
die jede Nebenuhr fast so, umfangreich .oder sogar noch umfangreicher machen als
eine Uhr hoher Genauigkeit, die ihr eigenes Uhrwerk besitzt. Deshalb ist außer in
Fällen, wo außergewöhnliche Genauigkeit verlangt wird, ein mit Radiowellen arbeitendes
System im allgemeinen unpraktisch. Weiterhin würde auch ein im übrigen kleines und
gut aussehendes radiogesteuertes Gerät, wie es für privaten Gebrauch oder in Büros
Verwendung finden kann, deshalb unpraktisch. sein, da eine Außenantenne oder zumindest
eine ziemlich große Zimmerantenne zum verläßlichen Empfang der zu übertragenden
Signale notwendig sein würde.
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Die heutige Netzfrequenz liefert jedoch einen sehr guten Zeitstandard
für Uhre-nzwecke, da der Mittelwert durch Zeitkontrolle relativ konstant gehalten
wird. Deshalb, sind auch: Uhren, die durch kleine, mit dem Lichtnetz verbundene
Synchronmotoren angetrieben werden, weit verbreitet, da sie eine einfache und trotzdem
genaue Zeitanzeige gewährleisten.
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In Verbindung mit diesen netzsynchronisierten Uhren ist es auch. bereits
bekannt, den eigentlichen Uhrenmotor über eine Transistorschaltung aus einer Batterie
im Takte eines mechanischen Gangreglers (z. B. Pendels) zu speisen und nur eine
Synchronisierung durch, eine mit dem Wechselstromnetz verbundene Synchronisierungsspule
zu bewerkstelligen, wodurch man eine batteriegetriebene, also mit Gangreserve bei
Stromausfällen ausgestattete Synchronuhr erhält. Die Synchronisierungsspule hat
zwar an sich keine leitende Verbindung mit dem Motor, da
sie den
taktgebenden, elektromagnetisch getriebenen Gangregler induktiv beeinfiußt, sie
ist jedoch ein Bestandteil der Uhr als ganzes, die also weiterhin wegen dieser Synchronisierspule
eine leitende Verbindung in Form einer Ansch:lußschnu.r zu einer Steckdose oder
ähnliches benötigt, also »o.rtsgebunden« ist.
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Weiterhin ist es bei netzbetriebenen Synchronuhren bekannt, die mit
dem Netz verbundenen stromführenden Teile, also beispielsweise den Stato.r des Synchronmotors
und den. eigentlichen Uhrenmotor, mechanisch getrennt aufzubauen, so daß z. B. das
Uhrwerk zur Reinigung usw. einfach ausgebaut werden kann, ohne die Leitungsverbindungen
demontieren zu müssen.
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Ein. Vorteil der radiogesteuerten Uhren, der mit den bekannten motorgetriebenen
Synchronuhren jedoch nicht erreicht werden kann und der oft ausschlaggebend ist,
ist die Synchronisation der Uhr mit einem. Frequenzstandard ohne die Notwendigkeit
irgendeiner materiellen Verbindung des Uhrgehäuses mit diesem. Dabei würde nämlich
in den Fällen, wo sich kein Netzanschluß in der Nähe des Platzes befindet, wo: die
Uhr angebracht werden soll, z. B. an einer Küchenwand oder einem Kaminsims, die
Notwendigkeit einer langen, verdeckt angebrachten Leitung entfallen. Weiterhin würde
damit die -Möglichkeit gegeben, die Uhr gewünschtenfalls vom einem Ort zum anderen
zu bewegen. Es ist klar, daß das Gerät, das diese Vorteile besitzt und für die Verwendung
im Haushalt oder im Büro gedacht ist, nicht so kompliziert sein darf wie die Empfangsgeräte
und die dazugehörigen Einrichtungen für eine radiogesteuerte Uhr. Sie soll vielmehr
verhältnismäßig einfach und kompackt sein, alles Nötige soll innerhalb des Uhrgehäuses
liegen. und der Leistungsbedarf soll klein sein. Die Uhr gemäß der vor-
liegenden
Erfindung besitzt diese Eigenschaften und erfüllt deshalb ein seit langem offenes
Bedürfnis.
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Während also radiogesteuerte Uhren, die von einem hochfrequenten Strahlungsfeld
gespeist werden. seit langem zum Stand der Technik gehören, bezweckt die Erfindung
die Schaffung einer Uhr, die durch ein niederfrequentes Induktionsfeld, z. B. Streufeld,
gesteuert wird, das notwendigerweise überall vorhanden ist, wo eine Stromversorgung
durch kommerzielle Wechselspannung existiert.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine vom niederfrequenten, frequenzkontrollierten
Wechselstromnetz synchrom.isierbare Uhr mit einem vorzugsweise von einer Kraftque!Ile
in der Uhr, z. B. einer Batterie, über Verstärkerschaltungen gespeisten Zeigerwerksmotor,
dessen Geschwindigkeit von der Frequenz des Netzes ohne unmittelbaren Anschluß daran
beeinflußt ,wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß sie dadurch von allen Leitungsverbindungen
zum Netz befreit, also transportabel ist, daß sie unter nur für Hochfrequenz- bzw.
Tonfrequenzsteuerung bekannter Ausnutzung der elektrischen oder magnetischen Streufeldivirkung
des niederfrequenten Niederspannungs-Wechselstromnetzes synchronisiert ist bzw.
bei sehr starkem Streufeld ohne jede Kraftquelle in der Uhr von diesem direkt seinen
Antrieb erhält.
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Durch die Erfindung wird also eine genaue, drahtlose, elektrisch synchronisierte
Uhr geschaffen. Die Antriebswechselspannung für den Uhrenmotor kann dabei innerhalb
der Uhr selbst erzeugt und durch eine kleine, drahtlos empfangene und vom Streufeld
des Netzwechselstromes stammende Wechselspannung synchronisiert werden. Das erfindungsgemäße
Gerät enthält gemäß zweckmäßiger Weiterbildung eine- Aufnahmevorrichtung oder Antenne.
die innerhalb des Uhrengehäuses angebracht ist und die geeignet ist, eine kleine
Wechselspannung entweder aus dem elektrischen oder dem magnetischen Feld zu empfangen,
das in der Nähe von kommerziellen Wechselspannungseinrichtungen, z. B. Lichtleitungen,
vorhanden ist. Dies ist ein wesentlicher Unterschied gegenüber den bekannten Systemen,
bei denen (las Synchronisierungssignal aus einem Hochfrequenzfeld entnommen wird.
Im Falle, da1.1 das Streufeld an dem Ort. wo sich: die Uhr befindet, zu schwach
ist, ist es weiterhin möglich, gemäß zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung, ein
verstärktes Feld. z. B. durch eine an das Lichtnetz angeschlossene Antenne, zu erzeugen.
Man kann aber auch in der Uhr Verstärkervorrichtungen vorsehen. 1)ie auf diese Weise
gewonnene Wechselspannung wird in Verbindung mit einem batteriegespeiteii elektronischen
Gerät zur Erzeugung einer genügend starken lokalen Wechselspannung dazu verwendet,
um einen kleinen Synchronantrieb zu speisen, wobei die Frequenz dieser lokalen Wechselspannung
mit der von der Antenne empfangenen Wechselspannung synchronisiert wird. Dieser
Synchronantrieb, der z.13. einen Permanentinagnet-Synch,ronmotor enthalten kann,
wird dann zum Antrieb- des Uhrwerks und der mit diesem verbundenen Anzeigevorrichtung
verwendet. Es ist ersichtlich, ciaß die erfindungsgemäße Uhr nicht nur die Vorteile
einer normalen, unabhängigen Uhr besitzt, sondern auch den Vorteil der Synchronisation
mit einem genauen Frequenzstandard. nämlich der Netzfrequenz.
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Da der Antrieb der Uhr durch eine Kraftquelle in ihr selbst erfolgt
und nur die Synchronisierung drahtlos vorn Wechselstromnetz, so wird ebenfalls eine
mit der Netzfrequenz synchronisierte Uhr geschaffen, die auch beim Ausfallen der
Netzspannung arbeitet.
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Die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Geräts und einige «eitere Eigenschaften
und Vorteile sollen in Verbindung mit den Zeichnungen erklärt werden, wobei Fig.
1 ein 131od;.chema des erfindungsgemäßen Geräts darstellt; Fig. 2 zeigt ein ähnliches
Gerät wie Fig. 1, jedoch mit einigen Änderungen; Fig.3 zeigt eine weitere Abart
des in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Geräts.
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Die in Fig. 1 dargestellte Uhr enthält eine Antenne 11, an die ein
Leistungsverstärker 12 angeschlossen ist, der einen kleinen Synchronantrieb 16 speist,
welcher wiederum die Bewegungsenergie für das Uhrwerk liefert. Die Antenne 11 kann
entweder zum Empfang des magnetischen oder des elektrischen Feldes ausgebildet sein,
das durch in der Nähe gelegene, Netzspannung führende Leiter erzeugt wird. Normalerweise
genügen bei den normalerweise in Wohnungen oder Büros durch benachbarte Leitungen
entstehenden Streufeldern verhältnismäßig einfache übliclic Anteunenanordnungen.
Es kann z.13., wenn die Antenne auf <las auf diese Weise erzeugte magnetische
Feld ansprechen soll, eine Spule vervendet werden. Vorzugsweise soll jedoch für
die Antenne 11 eine Vorrichtung Verwendung finden, die auf das elektrische Feld
anspricht, da dieses verhältnismäßig unabhängig von dem Betrag des Stromes ist,
der jeweils durch die benachbarten Leitungen fließt. Die Stärke des magnetischen
Felds dagegen wird durch die Stromstärke bestimmt und verschwindet praktisch, wenn
der Leitung kein Strom entnommen wird.
Dies würde z. B. bedeuten.,
daß in einem Haushalt, wenn sehr wenig Strom verbraucht wird, z. B. bei Nacht, die
magnetische Feldstärke so, klein werden kann, da:ß sie praktisch; nicht mehr verwendet
werden kann.
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Die kleine Wechselspannung aus der Antenne 11 wird im Leistungsverstärker
12 so weit verstärkt, daß sie zum Betrieb des Synchronantriebs 16 ausreicht. Da
es wünschenswert ist, d'en Verstärker möglichst klein zu halten, so daß er leicht
in einem Uhrengehäust der üblichen Größe Platz finden kann, und u.rn auch die benötigte
Leistung möglichst klein. zu halten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, einen
an sich bekannten batteriegespeisten Transistorverstärker zu verwenden, der für
diesen Zweck sehr geeignet ist. Der Antrieb 16 seinerseits besteht vorzugsweise
aus einem kleinen Synchronmotor mit einem permaneutmagnetischenAnker, daderLeistungsbedarf
solcher Motoren sehr klein ist. Es ist deshalb nur ein Minimum an Verstärkerstufen
nötig, und gleichzeitig wird der Strombedarf des Leistungsverstärkers 12 gering.
Der Synchronmotor 16 ist sehr geeignet, ein Uhrwerk anzutreiben: solche Motoren
sind in der Vergangenheit viel zu diesem Zweck verwendet worden und sind dem Fachmann
wohlbekannt.
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Im Falle, daß weder das elektrische nach das magnetische Streufeld
der benachbarten Netzleitungen genügend stark ist, wird gemäß zweckmäßiger Weiterbildung
der Erfindung eine Einrichtung vorgeschlagen, um solch ein; Feld, das dann von der
Antenne 11 empfangen, wird, in der Nähe der Uhr zu erzeugen. Hierfür hat es sich
als am zweckmäßigsten erwiesen, ein magnetisches Feld herzustellen, in dem man den
Wechselstrom aus einer benachbarten Netzleitung 13 ver@ve-ndet. Zu diesem Zweck
ist eine einfache Sendeantenne 17 in Form einer Spule oder einer Schleife sehr .geeignet,
andererseits kann auch einfach ein Stück Draht benutzt werden, um auf zweckmäßige
Weise ein entsprechendes elektrisches Feld herzustellen. Es kann auch, wenn die,
Feldstärke in der Nachbarschaft der Uhr verhältnismäßig groß ist, das Gerät so entworfen
werden, daß es entsprechend weniger Leistung verbraucht; im Grenzfall kann, der
Motor ausschließlich durch das Streufeld gespeist werden.
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In. Fig. 2, die eine Abart des Geräts von Fig. 1 darstellt, ist der
Leistungsverstärker 12 der Fig. 1 durch einen Spannungsverstärker 14 und einen Oszillator
15 ersetzt. Der Spannungsverstärker 14 dient zur Speisung des Oszillators 15 mit
einer genügend großen: Wechselspannung, die aus der Antenne 11 stammt, um die Frequenz
des Oszillators zu synchronisieren. Auch hier sollen im Verstärker 14 und Oszillator
15 vorzugsweise Transistoren Verwendung finden, um die Stronientna.hme, aus den
Batterien gering zu halten. Der Oszillato-r 15 kann so gebaut sein; daß er synchron
auf einer Harmonischen oder Subharmonischen der von der Antenne aufgenommenen Frequenz
schwingt, vorzugsweise soll jedoch die Oszillatorfrequenz mit der empfangenen Frequenz
übereinstimmen. Der Oszillator 15 liefert dann seinerseits die Antriebsleistung
für den. Motor 16. ähnlich wie in Fig. 1 der Leistungsverstärker 12. Obwohl die
Schaltung des Spannuugsverstärlers 14 und Oszillator 15 etwas umfangreicher ist
als die des Leistungsverstärkers 12 in Fig. 1, ist die Stroinentiialim-e aus den
Batterien nicht wesentlich größer; da die Leistung für den Antrieb des Motors 16
in beiden Fällen. die. gleiche bleibt. Die Anordnung nach Fig. 2 hat aber den Vorteil,
daß der Motor 16 auch dann weiterläuft, wenn die Netzspannung ausfällt, da der batteriegespeiste
Oszillator weiterarbeitet. Der einzige Unterschied kann sein, daß die Oszillatorfrequenz
etwas von 50 bzw. 60 Hz in den Zeiten abweicht, wenn da" Sy nclironisierungssignal
fehlt.
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In Fig. 3 wird eine Abwandlung von Fig.2 beschrieben. In Fig. 3 wird
ein Frequenzteiler 1$ an Stelle des Oszillators 15 der Fig. 2 verwendet, und ein
Impulsmotor 19 tritt an die Stelle des Motors 16. Der Frequenzteiler 1$ kann eine
beliebige Schaltung enthalten, wie sie für Frequenzteilungen dem Fachmann bekannt
sind, z. B. einen Multivibratoir oder einen Sperrschwinger, der durch den Spannungsverstärker
14 angestoßen wird. Es ist ebenso. bekannt, für diese oder ähnliche Frequenzteilerschaltungen
batteriegespeiste Transistoren zu verwenden, wobei der Ausgang genügend Leistung
liefern kann, um einen kleinen Synchronantrieb, wie er als Impulsmotor 19 dargestellt
ist, zu speisen. Eine Fre.quenzteilu.ng auf ein Drittel in zwei getrennten Stufen,
also insgesamt auf ein Neuntel, hat sich in diesem Zusammenhang als zweckmäßig erwiesen,
um den Impulsmotor 19 mit Impulsen von 6°-/s Hz bei einer Netzfrequenz von 60 Hz
zu speisen. Für ein 50-Hz-System würde sich eine Frequenz von 55/s Hz ergeben. \-Iit
so niederen Frequenzen kann mit verhältnismäßig einfachen Mitteln ein Selbstanlauf'
der Uhr erreicht werden, da der Impulsmotor 19 in derselben Art und Weise arbeitet,
wenn er die ersten Impulse empfängt, als wenn er schon eine Reihe von Impulsen erhalten
bat. Die Art der Arbeitsweise des Impulsmotors ist also ungefähr dauernd dieselbe,
im Gegensatz zu einem Synchronmotor 16, bei dem spezielle Maßnahmen zum Anlauf getroffen
werden müssen. Ebenso ist bei dem System der Fig. 3 ein Anlauf in immer der gleichen
Richtung gewährleistet, wenn man irgendeine der hierfür wohlbekannten mechanischen
Einrichtungen, z. B. einen Sperrklinkenmotor oder ein Schrittrelais. verwendet.