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Uhren system Die Erfindung betrifft Uhrensysteme und insbesondere
Anlagen, deren Zeithaltefähigkeit von der Frequenz einer Wechselstromquelle abhängt.
Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein auf Zeitanzeigesysteme anwendbar ist,
dient sie insbesondere für Anlagen, welche eine Haupteinheit und eine oder mehrere
Zweit- oder Nebeneinheiten aufweisen*Die Haupteinheit, welche mit oder ohne sichtbaren
Zeitanzeigeelementen versehen sein kann, steuert die Arbeitsweise der verschiedenen,
in der Anlage befindlichen Nebeneinheiten.
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Bislang weisen Uhrensysteme der dargestellten Art gewöhnlich Synchronmotorenin
den einzelnen Uhreneinheiten auf, welche die Frequenz des Stromes in lesbare Zeit
umsetzen. Die hierfür erforderlichen Motorenmüssen kontinuierlich laufen, um mit
der Frequenz Schritt zu halten; sie beanspruchen dabei beträchtlich mehr Strom als
es für die Zeitangabe erforderlich ist. Normalerweise arbeiten die Motoren mit einer
Geschwindigkeit, welche größer als die bendtigte ist. Aus diesem Grunde ist eine
große Anzahl von die Geschwindigkeit reduzierenden Zahnrädern oder Getrieben erforderlich,
um die Zeiger der Uhr mit der richtigen Geschwindigkeit laufen zu lassen. Die hohe
Geschwindigkeit der Motoren verstärkt die Abnutzung und den Verschleiß an den Motoren
als auch an den Zahnrädern, was wiederum eine Zunahme in den Wartungskosten beträgt.
Ein mit 120 Volt, 60 Hz laufender, normaler Synchronmotor braucht beispielsweise
etwa 2 - 2,5 Watt. Er läuft mit 3600 U/min. und muß um einen Faktor von 3600 zu
1 U/min. un--tersetzt werden, falls die Uhr einen Sekundenzeiger aufweist.
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Falls kein Sekundenzeiger verwendet wird ist die erforderliche Geschwindigkeitsreduzierung
sogar größer. @@@ Es bestehen gewisse weitere Nachteile von als bekannt anzusehenden
Uhren und Uhrenanlagen dieser Art, wenn die Wechselstromquelle unterbrochen wird.
Der größte Nachteil ist darin zu sehen, daß die Uhren jeweils neu eingestellt werden
müssen, wenn der Leitungsstrpm wieder eingeschaltet wird. Sogar bei als bekannt
anzusehenden Uhren und Uhrensystemen mitAeiner Hilfsstromquelle laufen die Motoren
der Uhren nicht@länger synchron mit einer genauenEZeitberquelle. Bei Uhren, -welche
eine Feder als Hilfsantrieb verwenden, ist ein zusätzlicher Nachteil darin zu sehen,
daß die Dauerleistung der Uhr während des Antriebs ausfalls sehr begrenzt ist.
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Ein weiterer Nachteil von als bekannt anzusehenden Uhrensystemen besteht
darin, daß die Zeitimpulse von der Hauptuhr zu den Nebenuhren Interferenzen mit
den komplizierten elektronischen geraten hervorrufen, welche gewöhnlich in Büros
eingesetzt sind>so mit Computern oder Nachrichtenverbindungen etc. In diesem
Fall ist eine teure Abschirmung des Uhrensystems erforderlich.
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Bei der Anlage nach der vorliegenden Erfindung wird nach dem Konzept
vorgegangen, die Frequenz einer Wechselstromquelle als, Zeitgeber zu reduzieren,
um diese reduzierte Frequenz zum intermittierenden Antrieb eines in jeder Uhr befindlichen
Schrittmotors einzusetzen. Der Schrittmotor bewegt die Uhr nach Maßgabe jeden empfangenen
Impulses um einen vorbestimmten, einzelnen Schritt.
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Zu diesem Zweck weist das;Uhrensystem einen elektromechanischen oder
elektronischen Teil auf, um aus einem normalen Leitungsstrom Zeitimpulse mit vOrbestimmter
Frequenz zu erzeugen und um diese Impulse den Nebenuhren im System zuzuführen. Indem
die Uhrenzeiger nach Maßgabe der aufgenommenen Impulse intermittierend bewegt werden,
wird durch den Schrittmotor derZ'eitimpuls der Stromquellen frequenz in lesbare
Zeit umgesetzt.
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Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wurde ein Uhrensystem
geschaffen, welches mit einer Zeitsignalquelle verwendbar ist.
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Zu diesem Zweck wird ein Wechselstromsignal vorbestimmter, gleichförmiger
Frequenz verwendet. Das System weist eine Haupteinheit auf, welche auf die Frequenz
des Hauptsignals ansprechend Zeitimpulse mit einer Frequenz erzeugt, welche eine
Funktion der Signalfreqnenz darstellt und geringer ist als diese. Im System befinden-Sich
eine oder mehrere Uhreneinheiten mit je einer Uhr und einer impulsempfindlichen
Vorrichtung, welche die Uhr um einen einzelnen Schritt vorwärtsbewegen, wenn ein
einzelner Zeitimpuls aufgenommen wurde. Mittels einer Vorrichtung werden die Zeitimpulse
von der Haupteinheit den Schrittmotoren der einzelnen Untereinheiten zugeführt,
um die Uhr nach Maßgabe des Zeitsignal der Wechselstromquelle zu bewegen.
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Die impulsempfindliche Vorrichtung kann aus einem Schrittmotor bestehen.
Es können entsprechend mehrere Uhreneinheiten zur Anwendung gebracht werden. Die
Haupteinheit kann eine periodisch arbeitende Bewegungsvorrichtung mit einer vorbestimmten
Eigenfrequenz aufweisen, eine an der periodisch arbeitenden Bewegungsvorrichtung
befestigte Magnetvorrichtung, eine Vorrichtung, um die Bewegung der periodisch arbeitenden
Bewegungsvorrichtung aufrechtzuerhalten, ferner eine Vorrichtung, welche auf das
Wechselstromsignal anspricht, um ein Elektromagnetfeld zu erzeugen, das eine periodische
Kraft an der Magnetvorrichtung ausübt, um die Bewegung der periodischen Bewegungsyonichtung
mit einer Frequenz zu synchronisieren, welche eine Funktion der Wechselstromquelle
darstellt, und ferner eine Gleichstrom-Hilfsquelle, um die periodische Bewegungsvorrichtung
anzutreiben, wenn die Signale von der Wechselstromquelle unterbrochen sind. Die
Hilfsquelle weist eine aufladbare Batterie und eine zum Laden der Batterie dienende,
auf das Signal von der Wechselstromquelle ansprechende Vorrichtung auf.
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Das System ist insbesondere geeignet zur Verwendung mit normaler Frequenz,
beispielsweise für eine Frequenz von 60 Hz eines Wechselstroms, der aus örtlichen
Stromwerken erhältlich ist. Obwohl das Uhrensystem nach der vorliegenden Erfindung
auch durch andere Zeitsignalgeber betätigt werden kann, so durch einen Quarzoszillator,
eine
Stimmgabel, einen Widerstands-Kondensatorkreis guter Qualität oder durch eine andere
Quelle, so sind diese Zeitsignalquellen gewöhnlich größeren Problemen der Abweichung
und anderen Nachteilen ausgesetzt.
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Wenn ein Schrittmotor verwendet wird, der lediglich intermittierend
arbeitet, um die Leitungsfrequenz in lesbare Zeit umzusetzen und wenn ein spannungsreduzierender
Transformator Verwendung findet, welcher diese Schrittmotoren mit einer geringen
Spannung antreibt, beispielsweise mit einer'Spannung von 12,20 oder 32 Volt, dann
arbeitet das System mit beträchtlicher Wirtschaftlichkeit und Sicherheit im Vergleich
zu herkömmlichen 120 Volt-Uhren. Die zur Betätigung des gesamten Systems erforderliche
Antriebskraft braucht beispielsweise nicht größer sein als die zum Antrieb einer
einzelnen Uhr in herkömmlichen Systemen benötigte Antriebskraft; die Motoren im
e-rfindungsgemäßen System weisen eine äußerst geringe Wärmeabgabe auf. Die Gefahr
von Feuer bei Inbetriebnahme eines der Motoren ist somit reduziert. Die an den Uhren
angelegte Niederspannung setzt auch die Möglichkeit elektrischer Stöße auf ein Mindestmaß
herab. Das System weist auch weniger große Untersetzungsgetriebe an den einzelneniMotoren
auf, wodurch die Anzahl mechanischer Teile beträchtlich reduziert ist.
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Wegen der geringenStrom- bzw. Antriebserfordernisse des Systems kennen
kleine, billige Ersatzantriebsquellen verwendet werden, welche die einzelnen Uhren
mit Antriebskraft beschicken, wenn die normale Antriebsquelle für die Zeitsignale
aus einem bestimmten Grund unterbrochen ist.
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Bei gewissen, vorteilhafterweise verwendeten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung werden die Impulse für das System 'durch ein elektronisches
Frequenzteilernetzwerk erzeugt. Dieses speist jeder Uhr einen Impuls pro Sekunde
oder einen Impuls pro Minute ein. Bei anderen Ausführungsformen ist eine Serie von
Zungenschaltern in den zu den einzelnen Uhren befindlichen Leitungen vorgesehen;
ein Synchronmotor wird verwendet, um einen die Schalter in einer Folge und in erwünschter
Frequenz betätigenden Permanentmagneten in Umdrehung zu versetzen. In gleicher Weise
kann
ein sich drehender Spiegel oder eine andere Lichtquelle verwendet werden, um eine
oder mehrere Photozellen zur Erzeugung der Impulse zu erregen. Andere Geräte, so
Ringzähler, Halbleiter mit Hall-Effekt, Signalspulen im Zusammenhang mit einem sich
drehenden Magneten etc. können auch verwendet werden, um diese Impulse zu erzeugen.
Vorzugsweise sind die Impulse von sinusförmiger oder von quadratischer Wellenform
und können getrennte volle oder gleichgerichtete Halbperioden aufweisen. Andere
Impulsformen können nach Wunsch verwendet werden.
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Nach einer Ausführungsforn der vorliegenden Erfindung weist eine Uhr
ein einen Magnet tragendes Schwungrad bzw. eine Unruhe auf.
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Der Magnet erzeugt ein Zeitsignal innerhalb einer Signalaufnahmespule.
Dieses Signal wird verstärkt und einer Treibspule zurück geleitet. Diese erzeugt
eine Magnetkraft, welche die Neigung besitzt, den Schwungkörper anzutreiben. Bei
normalem Betrieb aus dem Leitungsstrom wird dem Zeitsignal vom Schwungkörper ein
Signal aufgedrückt, welches synchron mit der gleichförmigen Frequenz der Leitungsstromquelle
liegt, so daß die Schwingungen des Schwungrades einem synchronisierten Teiler der
Frequenz der Wechselstromquelle entsprechen.
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Diese Uhr kann als Hauptzeitgeber in einem Uhrensystem verwendet werden.
Die Uhr erzeugt in bestimmten Zeitintervallen Impulse, welche mehreren, durch Schrittmotore
angetriebenen Nebenuhren eingespeist werden. Die Schrittmotoren bewegen sich bei
Aufnahme ir Zeitimpulse aus der Hauptuhr in einzelnen Schritten.
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Die Hauptuhr und die Nebenuhren werden normalerweise durch den Leitungsstrom
oder durch eine zentrale Gleichstromersatzquelle angetrieben. In gewissen Ausführungsformen
weist jedoch jede einzelne Uhr ihre eigene, aufladbar Gleichstromhilfsquelle auf,
so daß jede einzelne Uhr fortfährt, zu arbeiten und zwar unabhängig davon, ob die
Leitungsverbindung zu dieser Uhr oder zum gesamten Uhrensystem unterbrochen ist.
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Die Zeitimpulse, welche vom Hauptzeitgeber den Nebenuhren zugeführt
werden, werden durch die Drehbewegung des Magneten entlang
der Signalaufnahmespule
erzeugt. Das verstärkte Signal aus der Spule wird den Nebenuhren zugeführt. Der
somit erzeugte Impuls besitzt einen langsamen Anstieg und Abfall im Vergleich zu
herkömmlichen Impulsgebern, so im Vergleich zu mit Steuerkörpern betätigten Schaltern
oder Mutivibratoren. Es werden deshalb keine Übergänge oder Einschwingungen erzeugt,
welche eine Interferenz mit benachbarten elektronischen Geräten hervorrufen könnten.
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Die Nebenuhren beanspruchen eine geringe Antriebskraft, da sie durch
nur intermittierend pulsierende Schrittmotoren angetrieben sind. Ausführungsformen
bevorzugter Art weisen Schrittmotoren der Art auf, wie sie im US-Patent No. 3.495.1o7
beschrieben sind.
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Schrittmotoren der genannten Art besitzen einen geringen Stromverbrauch
und erfordern geringe Wartung im Vergleich zu herkömmlichen Schrittmotoren, die
mechanische Schalter im Statorfeld und mechanische Kein-Stromgeräte aufweisen. Der
Schrittmotor der im obengenannten Patent beschriebenen Bauart erübrigt auch die
Verwendung teurer Reduziergetriebe, wie sie bei Motoren bekannter Art für 3600 U/min.
erforderlich sind.
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Der im folgenden verwendete Ausdruck Uhr umfaßt jede Art eines zur
Zeitanzeige, Zeitsteuerung oder Zeitwidergabe dienenden Mechanismus, so Uhren mit
Scheiben und Zeigern, Ziffernuhren, Zeitschaltern, Wiederhol-Zeitrelais, Zeitfolgeanzeiger,
Registrierantriebe, oder andere Instrumente, bei welchen die wesentliche Funktion
des Mechanismus von einem Zeitsignal abhängt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind anhand der beigefügten
Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 der Zeichnungen stellt ein schematisches Blockdiagramm eines
Uhren systems nach einer Ausführiingsform der vorliegenden Erfindung dar; Fig. 2
ist eine Explosiv-Perspektivansicht einer der in Fig. 1 dargestellten Uhren; Fig.
3 stellt ein schematisches Schaltungsdiagramm einer elektromechanischen Impuls schaltung
für die in Fig. 1 der Zeichnungen
dargestellte Ausführungsform
mit zugehörigen Bauteilen dar; Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines
Uhrensystems nach einer zweiten Ausführungsform der.vorliegenden Erfindung; Fig.
5 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Uhrensystems nach einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer elektrischen
Schaltung der einzelnen Uhren gemäß Fig. 5; Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines Uhrensystems
nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 8 ist eine schematische
Ansicht einer Uhr nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8A ist ein schematisches Blockdiagramm der Uhr gemäß Fig. 8 in einem Uhrensystem;
Fig. 9 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Uhrensystems nach einer sechsten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1o ist ein schematisches Blockdiagramm
eines Uhrensystems nach einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Uhrensystem mit-einer Haupteinheit
1o und mehreren, entfernt befindlichen Nebeneinheiten 12 dargestellt. Die Haupteinheit
1o ist mit oder ohne geeignetem Zeitanzeigeelement versehen, während jede der Nebeneinheiten
die Form einer Uhr aufweist. Die Haupteinheit 1o erzeugt Zeitgeber impulsemit einer
gleichförmigen Frequenz, welche ihrerseíts von der Frequenz f einer Wechselstromquelle
16 abhängt. Die Wechs.:elstromquelle 16 ist durch den örtlichen Stromanschluß gegeben.
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Der erste der erzeugten Impulse wird einer Uhr übertragen, der nächste
Impuls wird einer zweiten Uhr übertragen, der nächste Impuls wird wiederum einer
dritten Uhr übertragen, usw. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist die Haupteinheit lo so aufgebaut, daß sie jeweils einen Impuls pro sechs Schwingungen
des Stromes erzeugt (d.h. zehn Impulse pro Sekunde bei einem Strom von 60 Hz). Das
mit einer derartigen Einheit arbeitende System kann mit bis zu zehn Uhren arbeiten.
Der Sekundenzeiger jeder dieser Uhren schreitet bei Aufnahme jeden Impulses um eine
Sekunde vorwärts. Alle Nebenuhren arbeiten in einer Folge, was bedeutet, daß nicht
mehr als eine Uhr zu einem bestimmten. Zeitpunkt fortschreitet.
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Je nach den Frequenzen der erzeugten Impulse kann eine beträchtlich
große Anzahl von Nebenuhren mit Sekundenzeigern in einem einzelnen System auf genommen
werden, Falls ein Sekundenzeiger nicht erforderlich ist kann die Aufnahmefähigkeit
des Systems so gesteigert werden, daß sechzig Mal die Anzahl der Uhrenrrrit Sekundenzeiger
angeschlossen werden kann. Da nicht mehr als ein Uhrenmotor zu einem bestimmten
Zeitpunkt arbeitet, sogar bei 18QO Uhren zum Beispiel, braucht die durch das System
bedingte Leistung nicht ein bis zwei Watt übersteigen. In vielen Fällen -erfordern
Zeitfolgeuhren sogar weniger öfter die Einspeisung von Impulsen, beispielsweise
einen alle sechs Minuten oder sogar einen in einer Stunde, was von der jweils erforderlichen
Zeitanzeige abhängt.
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Was auch immer der Zeitabstand zwischen den den Uhrenmotoren gelieferten
Impulsen sein mag so ist bei dieser Ausführungsform das System so wirksam, daß ein
Impuls erzeugt und. einer Uhr zugeführt wird, wonach ein zweiter Impuls einer zweiten
Uhr, ein dritter Impuls einer dritten Uhr usw. zugeleitet wird, bis alle
Uhren
jeweils einen Impuls empfangen haben. Die Impulsfolge beginnt daraufhin von neuem.
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Die Haupteinheit 1o weist einen spannungsreduzierenden Transformotor
14 auf, welcher verwendbar ist für den im wesentlichen konstanten 110-125 Volt/60
Hz-Strom der Wechselstromquelle 16.
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Die Haupteinheit weist ferner einen Impulskreis 18 auf. Der Trans
formator 14 setzt die Spannung der Wechselstromquelle 16 auf beispielsweise 12 Volt
herab und speist diese in den Impulskreis 18 ein. Der Impulskreis 18 weist einen
gemeinsamen Anschluß 30 und mehrere Ausgangsanschlüsse 32 auf. Er erzeugt Impulse
mit gleichförmiger Frequenz n unter Steuerung durch die Wechselstromquelle 16. Die
Frequenz n ist geringer als die Frequenz f der Stromquelle und beträgt vorzugsweise
einen teilbaren Betrag der Stromquellenfrequenz, so daß das Verhältnis f/n einer
ganzen Zahl größer als Eins entspricht. Nicht mehr als ein Ausgangsanschluß 32 verteilt
einen Impuls zu einem bestimmten Zeitpunkt.
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Jede der Nebenuhren 12 ist für sich an einen unterschiedlichen Anschluß
32 angeschlossen, während sie gemeinsam mit dem Anschluß 30 in Verbindung stehen.
Wie sich am besten aus Fig. 2 der Zeichnungen ergibt ist jede Uhr 12 mit einem ein
Antriebsritzel 36 aufweisenden Schrittmotor 34, mit einem die Motorwelle und das
Ritzel verbindenden Reduziergetriebe 37, mit einer Uhrenscheibe 40 und mit Uhrzeigern
42 versehen. Die Uhrzeiger 42 sind vor der Uhrscheibe angeordnet und sind über ein
weiteres Reduziergetriebe 38 bzw. Vorgelege mit dem Ritzel 36 verbunden. Der dargestellte
Motor 34 besteht beispielsweise aus einem Zweileiterschrittmotor der im US-Patent
3.495.107 beschriebenen Bauart, obwohl andere Ausführungsformen von Zweileiter-
und Dreileiter-Schrittmotoren mit guten Ergebnissen verwendet werden können.
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Die Sekundärwicklung des Transformators ist an eine in Fig. 3 schematisch
unter Bezugsnummer 45 dargestellte Gleichrichterschaltung angeschlossen. Der Gleichrichter
45 UberfUhrt das Niederspannungs-Wechselstromsignal von der Sekundärwicklung in
ein Niederspannungs-Gleichstromsignal. Dieses erscheint an den Ausgangsanschlüssen
46 und 47 des Gleichrichters. Die Ausgangsklemme
bzw. Ausgangsanschluß
46 führt zum gemeinsamen Anschluß 3 des Impulskreises 18, während der Ausgangsanschluß
47 an einen der n ormalerweise offenen Kontakte einer Serie von abgedichteten Zungenschaltern
50 angeschlossen ist. Die Zungenschalter So sind von herkömmlichem Aufbau und weisen
je ein Paar im Abstand zueinander befindlicher Kontaktelemente auf. Diese sind an
den gegenüberliegenden Enden eines evakuierten Glasbehälters abgedichtet befestigt.
Einer der Zungenschalter 50 ist jeweils für eine der Nebenuhren 12 vorgesehen. Der
freie Kontakt jedenZngenschalter ist über den geeigneten Ausgangsanschluß 32 mit
der entsprechenden Nebenuhr in elektrisch leitender Verbindung.
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Nahe und gegenüberliegend zu den Zungenschaltern 50 ist ein Synchronmotor
52 angeordnet. Der Motor 52 wird von der Wechselstromquelle 16 eingespeist. Ein
Permanentmagnet 54 aus Ferrit oder aus einem anderen, geeigneten Material ist an
der Welle des Motors 52 befestigt und mit dieser drehbar. Die Zungenschalter 50
befinden sich in halbkreisförmiger Reihe um die Achse der Motorwelle und sind genügend
nahe zum Dauermagneten 54 ausgerichtet, daß sich die Kontakte jeden Schalters momentan
schließen, wenn der Nordpol desXDauermagneten am jeweiligen Schalter vorbeibewegt
wid.
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Der Synchronmotor 52 weist das übliche Getriebe (in Fig. 3 nicht sichtbar)
auf, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle und des Permanentmagneten 54 auf
den erwünschten Wert zu reduzieren. , Die Frequenz, mit welcher sich der Nordpol
des Dauermagneten 54 entlang jedem der Zungenschalter 50 vorbeibewegt, wird durch
die Frequenz der Wechselstromquelle 16 gesteuert, ist jedoch beträchtlich geringer
als diese. Wenn der Nordpol jeweils jeden Schalter passiert schließen sich die Schaltkontakte
und-Ubertragen ein Impuls in Form eines Niederspannunggleichstroms vom Gleichrichterkreis
15 zur entsprechenden Nebenuhr 12. Diese Uhrimpulse werden in einer Folge den einzelnen
Nebenuhren zugeführt. Dortwerden sie durch die Schrittmqtore 34 (Fig. 2) aufgenommen.
Die Anordnung ist so gewählt, daß zunächst ein Motor 34, dann der nächste Motor
34 etc. erregt wird, um in einer Folge jede der Nebenuhren 12 in vorbestimmter Schrittweise
anzutreiben. Die Uhren
werden nach der Zeitbestimmung der Wechselstromquelle
16 bewegt, um eine genaue Anzeige der korrekten Zeit zu erzielen.
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In manchen Fällen enthält die Haupteinheit lediglich einen einzelnen
Zungenschalter. Der einzelne Zungenschalter wird durch den sich drehenden Dauermagneten
periodisch mit bestimmter Frequenz geschlossen, um Zeitimpulse allen Nebenuhren
gleichzeitig zuzuführen.
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Bei gewissen vorteilhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
kommt eine Hilfs- oder Ersatzstromquelle 56 (Fig. 1) zur Anwendung. Diese wird in
elektrischer Schaltverbindung mit dem Impulskreis 18 gehalten. Die Ersatzstromquelle
besteht aus einer Batterie oder aus einer anderen Gleichstromquelle und erzeugt
eine wechselnde Wellenform mit äußerst genauer und konstanter Frequenz. Die Verbindung
zwischen der Ersatzstromquelle 56 und dem Impulskreis 18 ist mit einem normalerweise
geschlossenen Relais 58 ausgestattet. Während normaler Betätigung des Systems bleibt
das Relais 58 durch das Wechselstromsignal von der Wechselstromquelle 16 in erstem
oder offenem Zustand, wodurch die Übertragung eines Hilfsstroms in den Impulskreis
18 verhindert wird. Im Falle eines Versagens der Stromquelle oder im Falle einer
anderen Unterbrechung des von der Stromquelle 16 eingespeisten Signals bewegt sich
das Relais in geschlossene Lage und speist in den Impulskreis den Ersatzstrom ein.
Durch diese Anordnung werden die einzelnen Nebenuhren 12 während der Unterbrechung
des Stromes fortwährend in Umlauf gehalten.
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Bei gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden
die Impulse der Uhr elektronisch erzeugt. In Fig. 4 der Zeichnungen ist beispielsweise
ein Uhrensystem dargestellt welches eine Wechselstromquelle 66 aufweist; die Wechselstromquelle
ist an einen in einer Haupteinheit 68 befindlichen, die Spannung iher;bsetzenden
Transformator 67 angeschlossen. Die Wechselstromquelle 66 und der Transformator
67 sind der Wechselstromquelle 16 Ir d dem Transformator 14 (Fig. 1) der bereits
beschriebenen Art vergleichbar. Der Ausgang der Sekundärwicklung des Transformators
besteht
aus einem niederen Wechselstromsignal reduzierter Spannung.
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Dies Signal wird einem schematisch bei 70 dargestellten Spe-icherzäher
zugeführt. Der Zähler 70 erzeugt niedere Gleichstromimpulse mit gleichförmiger,
vorbestimmter Frequenz, deren Wert einem Teiler der Frequenz des ankommenden Wechselstromsignals
entspricht.
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Der dargestellte Zähler 70 erzeugt einen Impuls für alle sechs Schwingungen
des ankommenden Signals.
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Die durch den Speicherzähler 70 erzeugten Zeit impulse werden einer
elektronischen Ringzählerschaltung 72 innerhalb der Haupteinheit 68 zugeleitet.
Die Impulse werden durch einen Eingangsanschluß 74 der Ringzählerschaltung 72 eingespeist,
der Kreis bzw. die Schaltung weist zwei weitere Eingangsanschlüsse 75 und 76 auf,
welche positiven und negativen Gleichstrom von der Sekundärwicklung des Transformators
67 aufnehmen. Der Transformator 67 speist sein niederes Wechselstromausgangssignal
2 Gleichrichterkreisen 78 und 79 ein; diese Kreise führen die Signale in niedere
Gleichstromsignale entgegengesetzter Polarität um, welche den Eingangsanschlüssen
75 und 76 zugeführt werden.
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Die elektronische Ringzählerschaltung 72 ist mit einer Mehrzahl ivon
Ausgangsanschlüssen 80 versehen, welche jeweils an die entsprechenden Schrittmotore
innerhalb der Nebenuhreneinheiten 82 angeschlossen sind. Der Ringzähler 72 verteilt
die niederen Zeitimpulse den einander folgenden Nebenuhreneinheiten 82 in einer
Folge und mit einher Frequenz, welche der Frequenz der vom Speicherzähler 70 ausgehenden
Impulse entspricht. Bei einer Ausführungsform erzeugt der Speicherzähler 70 zehn
Impulse pro Sekunde. Diese Impulse werden durch den Zähler auf die bzw. über die
Ausgangsanschlußpaare 80 verteilt. Jeder Ausgangsimpuls weist eine Zeit-,dauer von
einhundert Millisekunden auf. Bei zehn Nebenuhren im System erhält de r Schrittmotor
jeder Uhr einen Impuls pro Sekunde.
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Die Schrittmotore bewegen in einer Folge die verschiedenen Uhren,
und zwar in vorbestimmten, einzelnen Schritten. Die dargestellten Figuren sind beispielhaft
fiwiedergvegeben, weshalb die Frequenz, die Impulsdauer, die Anzahl der Nebenuhren
und andere Größen des Systems verändert werden können, ohne vom Inhalt der vorliegenden
Erfindung
abzuweichen.
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Ein Vorteil der in den Ausführungsformen der Fign. 1 bis 4 dargestellten
Nebenuhreneinheiten ist in der Tatsache zu einem , daß sie keine elektrischen oder
anderen Bauteile einem sehen, daß motor und einem sehr einfachen Reduziergetriebesystem
aufweisen.
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Mit Hilfe des Reduziergetriebesystems und des Schrittmotors wird die
uhr um ein vorbestimmtes Maß bewegt, wenn der Uhrenmotor ein/Impuls aufnimmt.
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In den Fign. 5 und 6 der Zeichnungen ist ein elektronisch gesteuertes
Uhrensystem nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Das in diesen Figuren wiedergegebene System weist eine Haupteinheit loo und mehrere
Nebeneinheiten 102 auf. Die Haupteinheit 100 ist mit einem die Spannung reduzierenden
Transformator 104 ausgestattet, welcher elektrisch zwischen einer Wechselstromquelle
106 und einem Impulsnetzwerk 108 angeschlossen ist. Das Netzwerk 108 dient zur elektronischen
Zählung der Impulse von der Wechselstromquelle 106 und zur Erzeugung von Zeitimpulsen,
wenn jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Schwingungen gezählt wurden. Die erzeugten
Impulse werden gleichzeitig allen Nebenuhren 102 im System zugeführt. Die Nebenuhren
bewegen sich deshalb zusammen in Schritten.
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Das Impulsnetzwerk 108 weist ein Puffer-Verstärker- und Abkappergerät
11o auf, welches mit einem Wechselspannungssignal reduzierter Spannung, so beispielsweise
von 15 V aus der Sekundärwicklung des Transformators 104 eingespeist wird. In Serie
mit dem Ausgang des Geräts 11o sind sechs bistabile Flip-Flops 112 geschaltet. Jeder
dieser Multivibratoren bzw. Flip-Flops 112 weist zwei stabile Lagen auf und jeder
dieser Flip-Flops verbleibt in der einen oder der anderen dieser Lagen, bis er durch
Anlegen eines Signals an der entsprechenden Eingangsklemme in seiner Lage verändert
wird.
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Der Ausgang jeden Multivibrators bzw. Flip-Flops 1o6 wird einem NICHT
UND-Gatter und einem Rückstellnetzwerk 114 zugeführt.
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Ganz allgemein gesprochen ist ein NICHT UND-Gatter eine Schaltung
mit n + 1 oder mehr Eingängen, welche einen Ausgang aufweist falls und nur falls
Signale gleichzeitig den Eingängen 1 bis n zugeführt und kein Signal den verbleibenden
Eingängen eingespeist werden. Das NICHT UND-Gatter gemäß Fig. 5 weist wenigstens
sechs Eingänge, einen für je einen der Flip-Flops 112 auf und erzeugt einen negativen
Ausgangsimpuls, falls und nur falls Signale ,gleichzeitig von den Flip-FIops 3 bis
6 eingespeist und keine Signale von den Flip-Flops 1 und 2 eingespeist werden.
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Um alle Nebenuhren 112 zusammen gleichzeitig zu bewegen, ohne einen
großen Energieimpuls von der Haupteinheit loo den Uhren zuzuführen, ist jede der
Nebenuhren 102 mit einer Triggerschaltung 116 (Fig. 6) und einer Gleichstromquelle
118 versehen. Jede Nebenuhr 102 weist darüberhinaus einen Schrittmotor 120 der im
Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Bauart auf. Die Gleichstromquelle 118 besteht
aus einer aufladbaren Batterie. Die Triggerschaltung 116 ist mit einer Anzahl von
Transistoren, Widerständen und miteinander in einer Schaltung verbundenen Dioden
versehen, um momentan die Batterie über den Motor 120 zu schalten bzw. zu verbinden,
wenn ein Impuls vom Gatter und vom Rückstellnetzwerk 114 aufgenommen ist. Durch
diesen Aufbau besteht die Funktion der Triggerschaltung darin, den Motor mit der
Batterie zu verbinden bzw. von dieser zu lösen und weiterhin darin, die Batterie
im Intervall zwischen den Signalen vom Gerät 114 zu laden.
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Der Strom zur Betätigung des Motors kommt von der Batterie.
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Bei Inbetriebnahme transformiert der Transformator 104 (Fig. 5) den
ankommenden Strom sinusförmiger Wellenform aus der Stromquelle 106 auf den dargestellten
15 V-Strom herab und überträgt den Wellenstrom dem Puffer-, Verstärker- und Abkappergerät
llo innerdes des Impulsnetzwerkes 108. Das Gerät bzw. die Schaltung 110 verstärkt
die Welle, formt sie in quadratische "Wellenform" um und überträgt sie direkt dem
Flip-Flop Teil des Netzwerks 108.
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Da die Flip-Flops 112 in Serie geschaltet sind' wird der erste entweder
an-oder ausgeschaltet (was von seiner urspünglichen Lage abhängt); dies geschieht
bei jeder Schwingung des Stroms.
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Der zweite Multivibrator bzw. Flip-Flop wird an- oder abgeschaltet,
wen jeweils der erste Flip-Flop ausgeschaltet wird (d.h. alle zwei Schwingungen
des Stroms). In gleicher Weise schaltet sich der vierte Flip-Flop alle acht Schwingungen
des Stromes an oder aus, wenn der dritte Flip-Flop ausgeschaltet wird, während der
fünfte Flip-Flop alle sechzehn Schwingungen des Stromes an-oder ausgeschältet wird,
wenn der vierte Flip-Flop abgeschaltet wird.
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Der sechste Flip-Flop wird alle zweiunddreißig Schwingungen des Stroms
an- oder ausgeschaltet, wenn der fünfte abgeschaltet wird.
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Wenn deshalb jede der Schwingungen in das Teiler- bzw. Impulsnetzwerk
108 eingespeist wird, verändert einer oder mehrere der Flip-Flops 112 seine Lage.
Das Gerät ist so aufgebaut und angeordnet, daß lediglich an der sechzigsten Schwingung
die dritten bis sechsten Flip-Flops eingeschaltet bzw. leitend sind, während der
erste und zweite Flip-Flop ausgeschaltet oder nicht leitend sind, um den UND NICHT-Bereich
des Geräts 114 auszulösen. Während der Zeit, in welcher die Nebenuhren 102 in Ruhelage
sind sendet das Gerät 114 einen konstanten Niedergleichstrom aus, um Strom jeder
der Triggerschaltungen 116 einzuspeisen und um somit die Batterien 118 zu laden.
Wenn jedoch die Multivibratoren bzw. Flip-Flops sich in ihrer Auslöselage befindenlschaltet
der UND NICHT-Teil des Geräts den Stromfluß zu den Triggerschaltungen ab und sendet
ein negatives Impulssignal gleichzeitig zu allen Uhren.
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Danach, und bevor die nächste Stromschwingung neu eingesetzt hat,
stellt der Rückstellbereich des Geräts alle Flip-Flops in ihre aus- bzw. nicht leitende
Lage zurück, und der Zählvorgang beginnt von neuem. Diese Ausführungsform ist infolgedessen
so aufgebaut, daß sie einen Ausgang von einem Impuls pro Sekunde an den Uhren 102
erzeugt. Falls die Uhren keine Sekundenzeiger besitzen und falls infolgedessen ein
Impuls pro Minute erforderlich ist, kann ein zweites Impulsnetzwerk der Schaltung
zugeordnet werden.
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Dieses Impulsnetzwerk ist dem ersten vergleichbar und wird durch
einel Ausgang von einem Impuls pro Minute angetrieben.
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Wfzn ein negativer Impuls vom Gerät bzw. von der Schaltung 114 den
Uhren 102 zugeführt wird ermöglicht ein in der Triggerschaltung 116 für jede Uhr
befindlicher Transistor T2, daß der Strom
momentan von der entsprechenden
Batterie 118 durch den Uhrenmotor 120 fließt. Alle Motoren 120 bewegen ihre Uhren
gleichzeitig in vorbestimmten, einzelnen Schritten. Nach Wunsch kann ein Konden
sator (nicht dargestellt) anstelle der Batterie 122 vorgesehen sein. In diesem Fall
lädt der gleichgerichtete Niederstrom den Kondensator. Dieser seinerseits entlädt
sich ueber den Motor.
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Ein Vorteil der Verwendung einer Batterie anstelle ein es Konden
sators ist jedoch darin zu sehen, daß ein batteriebetriebenes Alarmgerät (nicht
dargestellt) jeder Nebenuhr zugeordnet werden kann. Ein erwünschtes Merkmal dieser
Anordnung besteht darin, daß ein derartiges Gerät bzw. eine derartige Schaltung
an der Position der Nebenuhr eingestellt und ausgelöst werden kann, was vollständig
unabhängig von der Haupteinheit geschieht.
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Ein weiterer Vorteil der in de,n Fign. 5 und 6 der Zeichnungen dargestellten
Ausführungsform ist darin zu sehen, daß alle Neben uhren durch ein einzelnes Paar
von Drähten parallel mit der Haupteinheit verbunden sind. Bei Verwendung eines Kondensators
oder I einer aufladbaren Batterie an jeder der Nebenuhren wird ein gleichgerichteter
Niederstrom von der Leitung diesen Stromquellen kontinuierlich während des Intervalls
zwischen den Impulsen zugeleitet, um die Kondensatoren zu laden oder um die Batterie
in vollständig geladenem Zustand zu halten, je nachdem welcher der beiden Bauteile
verwendet wird. Die Zeitimpulse werden vorzugsweise über das gleiche Paar von Leitungen
wie der gleichgerichtete Niederstrom geführt.
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Bei einigen Ausführungsformen ist der durch die Haupteinheit eingespeiste
Zeitimpuls groß genug, um die Motoren der Uhren direkt anzutrieben. Letztere Ausführungsformen
sind in gewöhn-! licher Weise mit einer großen Gleichstromquelle versehen (beispielsweise
mit einer Batterie ode-r mit einem Kondensator) Diese Gleichstromquelle befindet
sich in der Haupteinheit und tritt an die Stelle einzelner Stromquellen an den Nebenuhren.
Unabhängig davon, woher die Gleichstromquelle bezogen wird, beträgt der Stromverbrauch
der Uhren im Durchschnitt lediglich 1 b1s 2 Watte
In Fig. 7 der
Zeichnungen ist eine Haupteinheit 200 dargestellt, welche in bereits beschriebener
Weise Impulse erzeugt. Die Haupteinheit 200 weist in diesem Fall außerdem einen
Sender 210 auf, welcher die Impulse über ein schwaches Funksignal den Nebenuhren
! 202 und nicht über direkte Leitungen zuführt. Das Signal wird tgleichzeitig durch
einen in jeder Uhr befindlichen Empfänger 218 aufgenommen. Dieser betätigt eine
Triggerschaltung (in Fig. 6 nicht dargestellt) innerhalb der Uhr, um diese einen
vorbestimmten Schritt zu bewegen. Somit bewegen sich alle Uhren gleichzeitig.
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,Die Haupteinheit 200 ist mit einem die Spannung reduzierenden Transformator
204, mit einer Elektromtromquelle 206, einem Jmplsnetzwerk 208 und mit dem Sender
210 versehen. Der Transformator 204, die Wechselstromquelle 206 und das Impulsnetzwerk
sind den in den Figuren 5 und 6 der Zeichnungen beschriebenen Bauteilen vergleichbar.
Das Impulsnetzwerk weist ein Puffer-, VerstSrker-und Abkappgerät 212 in Serie mit
sechs Flip-Flops 214 und einem NICHT UND-Gatter und einem Rückstellgerät 216 auf.
In der in Fig. 7 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform sind jedoch die Uhren
202 nicht über Drähte an die Haupteinheit 200 ange-1schlossen. Mit Ausnahme des
Empfängers 218 sind die Uhren 202 den Uhren 1o2 der Fign. 5 und 6 der Zeichnungen
vergleichbar und sind mit einer Trigberschal-tung, einer Batterie und mit einem
Schrittmotor versehen, welcher die zugehörige Uhr nach Maßgabe empfangener ,Impuls
schrittweise bewegt.
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In Fig. 8 der Zeichnungen ist eine AusführUngsform der vorliegenden
Erfindung dargestellt, welcher eine Uhr 300 zugeordnet ist.
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Diese weist eine Halterung für eine Unruhe bzw. ein Schwungrad 312
auf, welches auf einer Welle 314 angeordnet ist. Es ist auf dieser Welle aus einer
Mittelposition um seine Achse in entlgegengesetzten Richtungen hin- und herschwingbar.
Eine Haarfeder 316 ist zwischen der Welle 314 und der Halterung 310 befestigt.
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Die Haarfeder und die Unruhe bzw. das Schwungrad bilden eine Schwingungseinheit
mit vorbestimmter, periodischer Eigenfrequenz, deren Größe so bestimmt ist, daß
sie einem Teiler der verwendeten Leitungsstromfrequenz entspricht. Die Größe des
Ausschlages des
Schwungradsystems kann durch einen Haarfeder-Verstelli8iper
.3:1,rs8 auf der Halterung 310 bestimmt werden.
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Ein Permanentmagnet 320 ist so auf dem Schwungrad 312 befestigt, daß
das sich wenigstens von einem seiner Pole erstreckende Magnetfeld einen Bogen bei
jeder Schwingbewegung des Schwungrades bestreicht. Diese bogenförmige Bewegung oder
Schwenkung des Magnetfeldes erzeugt ein Signal in einer Aufnahmespule 322, welche
nahe des Schwungrades 312 befestigt ist. Das Signal in der Aufnahmespule 322 wird
durch eine Transistorschaltung 394 verstärkt.
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Diese wirkt als Rückkopplungsverstärker; das Signal wird zu einer
nahe des Schwungrades 312 befindlichen Steuerspule 326 rückgeleitet. Der verstärkte
Impuls an der Steuer- oder Treiberspule 326 erzeugt eine periodische, magnetische
Kraft, welche am hin und herschwingenden Schwungrad 312 wirksam ist, um dessen Eigenfrequenz
zu unterstützen. Eine entkoppelnde Kurzschlußwicklung oder Scheibe 328 zwischen
den Spulen und ein zwischen dem Sammler und der Basis der Transistorschaltung 324
verbundener Kondensator 329 sind wirksam, um das von der Spule 322 aufgenommene
Signal von der Treiberspule 326 zu entkoppeln, so daß die Treibsignale nicht der
Verstärkerschaltung 124 zürückgeleitet werden.
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Eine unterbrochene Schnecke 330 ist auf der Welle 314 der Uhr befestigt
und greift in ein Zahnrad 332 ein, um dieSchwingungsbewegung des Schwungrades 312
in die einheitlich gerichtete Drehbewegung eines weiteren, reduzierenden Zahnrades
334 umzusetzen.
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Das Reduzierzahnrad 334 ist auf einer horizontalen Welle 336 befestigt,
durch welche der Sekundenzeiger (nicht dargestellt) an der Uhr 300 angetrieben wird.
Das Reduzierzahnrad 334 greift in weitere Reduzierzahnräder 338 ein, welche ihrerse'its
die Minute und Stundenzeiger (nicht dargestellt) der Uhr 300 in Umlauf versetzen.
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Die Uhr 300 wird durch ein Spannungsteiler- und Gleichrichternetzwerk,
welches eine Batterie auflädt, angetrieben. ELn Widerstand 340, eine Neonröhre 342
und ein Widerstand 344 sind in Serie parallel zur Wechselstrom-Eingangsnutzleitung
geschaltet. Parallel mit der Neonröhre 342 ist ein Kondensator 346 verbunden. Dieser
steht
in Serie über eine Leitung 348 mit einem Widerstand 350 in Verbindung. Dieser ist
in Serie mit einem weiteren Widerstand 352 geschaltet. Der Widerstand 352 ist über
eine Leitung 354 zurück zur anderen Seite der Neonröhre 342 geführt.
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Die Widerstände 340, 344, die Neonröhre 342 und der Kondensator 346
sind in einem Stecker angeordnet und bilden einen Kippschwinger, welcher 120 Impulse
pro Sekunde wechselnder Polarität der Uhr 300 einspeist.
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Parallel mit dem Widerstand 352 ist eine aufladbare Batterie 356 geschaltet.
Diese befindet sich in Serie mit einer Diode 358, deren Polarität so bestimmt ist,
daß die Batterie 356 aufgeladen wird.
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Der Kollektor-Emitterkreis des transistorisierten Verstärkers 324
weist in Serie die zwischen den Transistorkolletor und die gemeinsamen Leitungen
der Widerstände 350 und 352 verbundene Batterie 356 auf. Die andere Leitung des
Widerstandes 350 ist an eine Leitung der Treibspule 326 angeschlossen. Die andere
Leitung der Treibspule 326 steht mit dem Emitter des Transistors in Verbindung.
Da der Widerstand 350 in dieser Serienschaltung befindlich ist, wird eine Wechselstromwelle
im Kreis zur Treibspule 326 erzeugt. Diese ergänzt die Schwingungsimpulse der Transistorschaltung
324, um die Schwingungen des Schwungrades mit einem teiler bzw. einer Oberwelle
der Frequenz der Nutz- oder Betriebsleitung zu synchronisieren.
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Die Neonröhre 342 und der Kondensator 346 verkürzen und verstärken
die Wechselstromwelle. Die Neonröhre dient auch als Anzeige dafür, daß die Wechselstromquelle
angeschaltet ist.
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Das System wirkt ohne Neonröhre 342 und Kondensator 346 zufriedenstellfnd
indem lediglich der Widerstand 350 direkt über Leitung 348 r.it dem Widerstand 340
verbunden wird und indem man den Widerstand 352 über Leitungen 354 mit dem Widerstand
344 verbunden 1 t. Die Widerstände 344 und 34o dienen zur Reduzierung der von den
Steckerverbindungen erzielbaren Gesamtenergie auf einen Wert
unterhalb
eines vorbestimmten Maximalwertes, so daß eine kleinere ,Leitung und eine weniger
teure Uhrenisolierung erforderlich ist.
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Das Energieniveau der Wechselstromquelle kann auch unter den vorbestimmten
Maximalwert (der Underwriters Laboratories) gebracht werden, indem ein geeigneter
Herabtransformator (nicht dargestellt) lim Leitungsstecker verwendet wird. Bei den
letztgenannten Ausführungsformen kann auf die Widerstände 340 und 344 innerhalb
des Kreises verzichtet werden. Ein derartiger Transformator ist insbesondere vorteilhaft,
wenn ein gesamtes Uhrensystem durch die in Fig. 8A dargestellte Batterie 356 oder
durch die in Fig. 9 dargestellte Batterie 418 angetrieben wird, anstatt eine Hilfsstromquelle
für jede zweite Uhr zu verwenden. Die Uhrensysteme nach den Fign. 8A und 9 werden
im folgenden ausführlicher beschrieben.
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Obwohl die Uhr 300 nach Fig. 8 der Zeichnungen mit einer Aufnahmespule,
einem Rückkopplungsverstärker und einer Treibspule versehen dargestellt wurde ist
in anderen Ausführungsformen die synchronisierte Uhr mit einem Schwungrad ausgestattet,
welches durch einen herkömmlichen Federauslösemechanismus angetrieben wird.
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Die Feder wird durch einen Elektromotor aufgewickelt, welcher periodisch
durch den Auslösemechanismus ausgelöst wird. Die Uhr dieser Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung wird mit der Wechselstromquelle synchronisiert; dies geschieht
durch ein Niederspannungs-Wechselstromsignal aus der Wechselstromquelle, welches
einer nahe des Schwungrades angeordneten Treibspule zugeführt wird. Ein durch das
Schwungrad getragener Permanentmagnet spricht auf die sich verändernde Magnetkraft
an, welche in der Treibspule erzeugt wird, um das Schwungrad mit einem Teil der
Frequenz der vWechselstromquelle und synchron damit schwingen zu lassen.
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In beiden oben dargestellten Ausführungsformen ist ein Permanentmagnet
auf einem periodisch wirkenden Bewegungsgerät, so auf dem Schwungrad 312 befestigt.
In anderen Ausführungsformen jedoch stellt das Schwungrad bzw. die Unruhe selbst
einen Zweipol-Permanentmagnet dar. In weiteren Ausführungsformen ist eine .elektische
Magnetspule auf dem Schwungrad befestigt oder dieses wird
durch
eine herkömmliche (nicht dargestellte) Stimmgabel ersetzt.
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Obwohl die Uhr 300 gemäß Fig. 8 der Zeichnungen durch eine sehr genaue,
einzelne Uhr betrieben wird, ist es in der Ausführungsform gemäß Fig. 8A die Hauptuhr
eines Uhrensystems. Die Uhr 300 ist so aufgebaut, daß sie eine Serie von Uhren-
bzw. Zeitimpulsen erzeugend gleichzeitig die verschiedenen Nebenuhren im System
vorwärtsbewegt. Ein Permanentmagnet 360 ist mittels einer Buchse auf der horizontal
sich erstreckenden Zahnradwelle 336 gelagert, so daß er sich frei um diese Welle
drehen kann. Ein Zapfen 362, welcher sich vom Flachteil des Zahnrades 334 erstreckt,
bewegt periodisch den Permanentmagneten 360 aus seinem Gleichgewichtszustand um
etwas mehr als 18o0 in eine vertikale und unstabile Lage.Wenn das Zahnrad fortfährt,
sich zu drehen, bewirkt die Schwerkraft, daß sich der Dauermagnet 360 schnell entlang
einer Signalspule 364 bewegt, um wieder seinen Gleichgewichtszustand zu erreichen.
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Wenn sich der Magnet entlang der Signalaufnahmespule 364 bewegt, d.h
vorbeischwingt1erzeugt er einen Impuls in dieser Spule.
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Der Impuls wird einem Verstärker 366 zugeührt. Der verstärkte Impuls
wird durch ein Steuernetzwerk 368 einer Mehrzahl von Nebenuhren 370zugeleitet. Da
das Reduzierzahnrad 334 eine Umdrehung pro Minute vollführtlsind die den Nebenuhren
zugeleiteten Zeitsteuerimpulse entsprechend in einem Abstand von einer Minute anjgeordnet.
Die auf diese Weise erzeugten Zeit- bzw. Zeitsteuerimpulse haben einen langsamen
Anstieg und Abfall im Vergleich zu Impulsen, welche bei als bekannt anzusehenden
Uhrensystemen durch das Schließen von Kontaktschaltern erzeugt werden. Infolgedessen
werden keine beeinträchtigenden Stöße bzw. Einschwing-,vorgänge hervorgerufen, welche
elektronische Interferenz bewirken könnten. Der Verstärker 366 wird durch die Batterie
356 gespeist.
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ihre Die Nebenuhren 370 weisen je/eigene Stromhilfsquelle 372 auf,
welche aus einer aufladbaren Batterie und aus einer Gleichricht-und Auflad-Schaltung
besteht. Diese ist an die Nutzleitung angeschlossen.
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In anderen Ausführungsformen wird die Batterie über das Impulsnetzwerk
368 aufgeladen, wie im weiteren unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 erläutert
wird. In weiteren Ausführungsformen, beispielsweise bei der in Fig. 3 der Zeichnungen
dargestellten, werden die Nebenuhren direkt durch die Impulse angetrieben, welche
vom Impulsverstärker 366 empfängern wurden. Es ist deshalb keine Stromhilfsquelle
erforderlich.
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In gewissen Ausführungsformen kann auf den Magneten 36o und auf die
Aufnahmespule 364 verzichtet werden, der Eingang am Impulsverstärker 366 kann parallel
zur Treibspule 326 verbunden werden.
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Bei dieser Anordnung werden die Impulse vom Transistorkreis 324 direkt
dem Verstärker 166eingespeist, um die Nebenuhren 370 anzutreiben.
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In Fig. 9 der Zeichnungen ist eine weitere Ausführungsform eines Zeitgeräts
bzw. einer Uhr 400 dargestellt. Das Gerät weist ein Schwungrad 402 auf, welches
permanentmagneiisiert ist. Das Schwungrad ist an einer Achse nahe der Achse eines
permanentmagnetisierten Rotors 404 eines Dreileitungs-Schrittmotors 406 angeordnet.
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Das Schwungrad 402 wird durch eine Haarfeder 408 gehindert, eine vollständige
Umdrehung um seine Achse zu vollführen. Die Haarfeder 408 ist zwischen der Welle
des Schwungrades 402 und einem Ankerzapfen 410 am das Schwungrad tragenden Rahmen
412 befestigt.
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Der übliche Stellkörper (nicht dargestellt) wird verwendet, um die
effektive Länge der Feder 4o8 je nach erwünschtem Ausschlag zu verändern. Das Schwungrad
ist lose magnetisch an den Rotor 404 gekoppelt, so daß es mit einer vorbestimmten
Eigenfrequenz schwingt, welche einem Teiler oder einer Oberschwingung der Netzleitungsfrequenz
entspricht. Diese Schwingbewegung wird nach Maßgabe der Umdrehung des Rotors erzeugt.
Das Gerät weist auch eine Signaispule 414 nahe des Schwungrades auf, um ein elektrisches
Signal zu erzeugen, welches die Frequenz seiner Schwingungen darstellt. Das Signal
wird elektronischen Kreis 416 zugeführt, welcher die Signale verstärkt und sie verwendet,
um den Dreileitungs-Schrittmotor 406 anzuregen und um somit die Drehgeschwindigkeit
des Rohr 404 zu steuern. Der elektronische Kreis 416 und der Motor 406 werden durch
eine Batterie 418 gespeist.
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Ein Gleichrichter- und Ladekreis 420 führt den Wechselstrom aus der
Netzleitung in einen Gleichstrom über und lädt die Batterie 418 während Zeitabschnitten
normaler Arbeitsweise wieder auf.
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Die Signalaufnahmespule 414 ist über einen hohen Widerstand 422 an
den Wechselstrom der Gebrauchs- oder Netzleitung angeschlossen.
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Der Zweck dieser Verbindung besteht darin, eine geringe Spannung von
Wechselstrom, synchronisiert mit der Frequenz der Betriebs-oder Netzleitung dem
Signal aufzudrücken, welches durch das Schwungrad 402 in der Signalaufnahmespule
414 erzeugt ist. Dieser Vorgang synchronisiert die Arbeitsweise des Zeitgeräts 4oo
mit der gleichförmigen Frequenz der Gebrauchs- oder Netzleitung.
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Die Antriebswelle 424 des Schrittmotors 406 ist mit einem Ritzel 426
versehen, welches ein Reduzierzahnrad 428 antreibt. Das Zahnrad 428 ist auf einer
Uhrenwelle 34 befestigt. Die Uhrenwelle 430 ist drehbar in einem Uhrengehäuse 432
gelagert; über mehrere Reduzierzahnräder 434 treibt sie die Zeiger 436 der Uhr an.
An einem Ende der Uhrenwelle ist ein rechtwinkliger Schenkel 438 angesetzt. Dieser
Schenkel 438 liegt seinerseits an einem Kniehebel 440 an, welcher sich von einem
Impulsgeber 442 erstreckt.
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Der Aufbau des Impulsgebers 442 ist dem im US-Patent 3.495.107 dargestellten
vergleichbar, obwohl nicht notwendigerweise ein Geber dieser Ausführungsform zur
Anwendung gebracht werden muß.
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Ein Permanentbipolrotor ist auf der Winkel- bzw. Kniehebelwelle 44o
befestigt. Der Rotor 440 wird durch ein Paar schalenförmiger Statorpolstücke 446
und 448 eingeschlossen, welche je in der Mitte eine Öffnung besitzen. Jedes Polstück
ist mit einem vorstehenden Pol 450 und 452 versehen, der sich entlang einer Achse
parallel zur Drehachse des Rotors 444 und im Abstand zu dieser erstreckt.
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Eine Feldspule 454 ist koaxial mit dem Rotor 444 befestigt und ist
auch durch die schalenförmigen Pol stücke 446 und 448 umschlossen. Ein Permanentmagnetstreifen
456 ist um den Außenumfang ,der schalenförmigen Polstücke 446 und 448 geschlungen.
Die Pole des Permanentmagnetstreifens 456 sind magnetisch mit den angrenzenden,
vorstehenden Polstücken 446 und 448 des Stators verbunden
und erzeugen
einen Vorspannungsfluß, welcher durch den Rotor 444 verläuft. Der Effekt dieses
Vorspannungsflusses besteht darin, daß der Rotor 444 seine Magnetpole mit den Statorpolen
450 und 452 einander entgegengesetzter, magnetischer Polarität ausrichtet.
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Wenn bei Drehbewegung der Uhrenwelle 430 der Schenkel 438 in Umdrehung
versetzt wird, so dreht dieser den Winkel- oder Kniehebel 440 etwas mehr aus 180°
aus der Gleichgewichtslage des Rotors.
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Dieser versucht schnell, den verbleibenden Teil einer vollständigen
Umdrehung zu drehen, um in seinen Gleichgewichtszustand zurückzukehren. Die letztere
Bewegung erzeugt einen Impuls in der Feldwicklung 454. Der Impuls weist einen verhältnismäßig
langsamen Anstieg und Abfall auf im Vergleich zum Schließen eines Kontaktschalters
und wie es bei als bekannt anzusehenden Uhrensystemen der Fall ist. Es werden keine
wesentlichen Übergänge oder Einschwingvorgänge erzeugt, welche elektronische Interferenz
hervorrufen könnten. Dieser Impuls wird einem Impulsverstärker 458 zugeführt, wo
der Impuls über ein Zeitsteuer-Verteilernetzwerk 462 den Nebenuhren 460 zugeführt
wird. Der Impulsverstärker 458 wird durch die Batterie 418 angetrieben.
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In der in Fig. 9 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform setzt
das Schwungrad 402 seine Schwingbewegungen fort, und zwar unabhängig davon, ob die
Betriebs- oder Nutzleitung Strom einspeist oder nicht. In anderen Ausführungsformen
verhindert ein Solenoid die Schwingbewegungen des Schwungrades 402. Das Solenoid
hält das Schwungrad während normaler Arbeitsweise fest. Das durch den Widerstand
422 laufende Synchronsignal gewährleistet, daß sich der Motor 406 synchron oder
mit einem Teilerwert der Betriebsleitungsfrequenz dreht. Bei einer Unterbrechung
des Stromes läßt das Solenoid das Schwungrad bzw. den Schwungkörper 402 frei, so
daß das Zeitgerät 400 unabhängig von der Netzleitung arbeitet.
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In anderen Ausführungsformen wird auf das Uhrengehäuse 432, die Zahnräder
434 und die Zeiger 436 verzichtet.
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Die Nebenuhren 370 und 460 der Ausführungsformen gemäß den Fign.
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8A und 9 sind im wesentlichen von gleichem Aufbau, wie unter Bezugnahme
auf Fig. 2 der Zeichnungen dargestellt wurde. Nach
Wunsch kann
anstelle der Batterie 118 (Fig. 6) ein Kondensator (nicht dargestellt) eingesetzt
werden. In diesem Fall lädt der gleichgerichtete Niederstrom den Kondensator auf..
Dieser kann sich über dem Motor 120 entladen. Ein Vorteil der Verwendung einer Batterie
anstelle eines Kondensators ist jedoch darin zu sehen, daß ein batteriegetriebenes
Alarmiert (nicht dargestellt) jeder Nebenuhr zugeordnet werden kann. Ein derartiges
Gerät kann eingestellt und örtlich unabhängig von der Haupteinheit an der Nebenuhr
ausgelöst werden.
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In Fig. lo der Zeichnungen ist eine Haupteinheit. 700 dargestellt,
welche Zeitimpulse in bereits beschriebener Weise erzeugt. Die Impulse werden einem
Sender 702 zugeführt, um sie von dort einer Reihe von Nebenuhren 704 weiterzuleiten.
Dies geschieht nicht über direkte Verdrahtung, sondern über ein schwaches Radiosignal.
Das Signal wird gleichzeitig durch einen Empfänger 706 in jeder Uhr aufgenommen;
der Empfänger betätigt einen (in Fig. lo nicht dargestellten) Auslösekreis innerhalb
der Uhr, um diese einen vorbestimmten Schritt zu bewegen. Somit bewegen sich alle
Uhren gleichzeitig. Mit Ausnahme des die Signale aufnehmenden Empfängers 706 entsprechen
die Uhren 704 den in den Fign. 6 und 10 dargestellten Uhren und weisen eine Trigger-
bzw. Auslöserschaltung,.-eine Batterie und einen Schrittmotor auf, um die Uhren
bei Empfang, jeden Impulses um einen Schritt vorwärtszubewegen.
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Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Nebenuhren
704 gemäß Fig. 1o der Uhr 300 gemäß Fig. 8 der Zeichnungen entsprechen. Die von
der Hauptuhr übertragenen Funkimpulse dienen zur Synchronisierung des Schwungrades
in jeder Nebenuhr. In Systemen dieser Art sprechen die Nebenuhren lediglich auf
Impulsreihen an, welche dieselbe Periodität wie die Schwungräder oder Unruhen der
Nebenuhret tezn. einer Oberschwingung oder einem Teilerwert entsprechen. Eine derartige
Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das System Störimpulsen, Einschwingvorgängen
oder statischen Entladungen ausgesetzt ist, welche die Genauigkeit der Nebenuhren
nachteilig beeinflussen könnten. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit Schrittmotoren,
Wechselstromquellen örtlicher Kraftwerke, ferner unter Verwendung elektromechanischer
und
elektronischer, pulsierenden Netzwerke etc. beschrieben wurde, können in jedem gegebenen
System gewisse Bauteile der genannten Art durch andere ersetzt werden.,wenn diese
eine entsprechende Funktion ausüben. Obwohl Schrittmotoren vorzugsweise zur intermittierenden
Betätigung und zur stufenweisen Bewegung jeder Uhr im System eingesetzt werden,
können auch andere, auf Zeitimpulse ansprechende Motoren eingesetzt werden, so Schrittrelais
z.B.
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Zusätzlich zu den zur Erzeugung und Verteilung der Impuls vorgesehenen
Alternativlösungen können andere elektromechanische oder elektronische Zeitgeber-
oder Impulsschaltungen zur Anwendung gebracht werden; so können ein Kommutator mit
Bürsten, eine Diodenmatrix und dergleichen benutzt werden. Die Erzeugung und Folgeverteilung
der Impulse kann auch erfindungsgemäß auf verschiedenartige andere Weise geschehen.
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Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Nebenuhren
in von der Haupteinheit entfernter Lage befindlich dargestellt wurden, können in
anderen Ausführungsformen eine Haupteinheit und eine oder mehrere Uhren zusammen
in einem einzelnen Gehäuse angeordnet werden. Obwohl die Übertragung der Zeitsignale
von der Haupteinheit zu den Nebenuhren unter Bezugnahme der Verwendung negativer
Impulse dargestellt wurde, können auch positive Impulse als auch andere Verfahren
zur Übertragung dieser Signale zur Anwendung gebracht werden. So kann beispielsweise
die Polarität eines Kreises umgedreht werden, es kann die Schaltung zu den Nebenuhren
unterbrochen oder es kann ein Hochfrequenzsignal jeder Uhr zugeführt werden.
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Es sollte auch erwähnt werden, daß jedes'der im einzelnen beschriebenen
Uhrensysteme wegen seiner geringen Erfordernisse mit Nebenquellen und Zeitsteuerimpulsen
betätigbar ist. Wenn die Nebenquelle bzw. Ersatzquelle an einen geeigneten Verstärker
angeschlossen ist und wenn ein federbetätigbares Relais oder ein anderes, auf eine
Unterbrechung in der Stromleitung ansprechendes Gerät eingesetzt wird, ist die Quelle
automatisch an das System angeschlossen. Das System a'rbeitet.ohne bemerkenswerte
Unterbrechung kontinuierlich weiter.
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Wenn der Haupteinheit eines Uhrensystems nach der vorliegenden Erfindung
eine geeignete Schaltung zugeordnet wird, kann die Zeitanzeige einer oder aller
Nebenuhren gleichzeitig verstellt werden.
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Falls eine oder mehrere Uhren nachgehen1kann eine geeignete Anzahl
von zusätzlichen Impulsen, aus der Wechselstromquelle abgeleitet, der Uhr oder den
Uhren zugeführt werden, um die Zeitangabe zu korrigieren. Falls eine oder mehrere
der Uhren vorgehen, kann die Einspeisung der Impulse an diesen Uhren so lange unterbrochen
werden, bis die Uhren in eine Lage zurückgesetzt sind, in welcher sie die richtige
Zeit angeben. Nach Wunsch können auch andere Vorrichtungen zur Nachstellung der
Uhren Verwendung finden. In gewissen Ausführungsformen besteht diese zusätzliche
Schaltung nur aus einem weiteren Impulsgeber 442, welcher manuell betätigbar ist.
Falls die Uhren während des Wechsels von Sommerzeit zur Normalzeit vorgehen'kann
die Einspeisung der Zeitgeberimpulse unterbrochen werden, wenn ein Schalter im Impulsverteilernetz
-werk genügend lange geöffnet wird, um die Uhren in eine Lage zurückzuversetzen,
in welcher sie die richtige Zeit angeben. In einem erfindungsgemäßen System, dessen
Uhren lediglich Minuten-und Stundenzeiger aufweisen, ist das Untersetzungsverhältnis
zwischen Schrittmotor und Minutenzeiger so gering, daß bei abgeschaltetem Strom
der Minutenzeiger erneut eingestellt werden kann, ohne daß ein Friktionsgerät zwischen
Motor und Zeiger erforderlich wäre. Der Schrittmotor kann mit einem Permanentmagnet-Rotor
versehen werden, welcher als Sperre wirksam ist, um die Zeiger in der Lage zu halten,
in welcher sie eingestellt sind, d.h. bis der nächste Impuls den Rotor um einen
vorbestimmten, einzelnen Schritt bewegt.