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Zeitmeßvorrichtung.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine schnurlose Zeitmeßvorrichtung,
die aus zwei voneinander getrennten Einheiten, nämlich einer Zeit- oder Taktgebereinheit
und einer Zeitanzeigeeinheit besteht, wobei die Taktgebereinheit durch die Frequenz
einer für Haushaltsstromabnehmer verfügbaren Netzwechselspannungsquelle gesteuert
wird und die Meßvorrichtung so ausgelegt ist, daß die Verbindung zwischen Taktgebereinheit
und Zeitanzeigeeinheit aus Signalwellen besteht, und eine genaue Zeitanzeige liefert.
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Frequenzgesteuerte Zeitmeßvorrichtungen oder Zeitgeber sind bekannt
und allgemein im Gebrauch. Bei den herkömmlichen Zeitmeßvorrichtungen ist jedoch
die Taktgebereinheit in einem Block zusammen mit der Zeitanzeigeeinheit ausgeführt,
und diese muß vermittels einer Zuleitung mit einer Stromquelle verbunden sein. Daraus
ergibt sich der Nachteil,
daß für den Zeitgeber nur bestimmte Aufstellungsorte
gewählt werden können, und die Gefahr besteht, daß jemand über die zwischen Zeitgeber
und Steckdose erforderliche Zuleitung stolpert und auf diese Weise ein Unfall hervorgerufen
wird.
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Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde bereits ein schnurloser Zeitgeber
vorgeschlagen, der mit Trockenbatterien zum Antrieb der Taktgebereinheit ausgestattet
ist. Mit diesem bekannten schnurlosen Zeitgeber ist es jedoch schwierig, eine im
Vergleich zu dem oben beschriebenen älteren Gerät, das an die Wechselspannungsquelle
angeschlossen ist, genaue Zeitanzeige zu erzielen. Aus diesem Grunde haben Fehler,
die sich während einer kontinuierlichen Zeitanzeige akkumulieren, eine ungenaue
Zeitanzeige zur Folge. Auch ein Versuch, die Ungenauigkeit bei der Zeitanzeige vermittels
einer Prazisionsvorrichtung auszuschalten, bedingte natürlich eine große Steigerung
der Herstellungskosten, so daß die betreffenden Zeitgeber sehr teuer sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schnurlose Zeitmeßvorrichtung
zu schaffen, die aus einer Taktgebereinheit, welche durch die Freuqenz der in Haushalten
zur Verfügung stehenden Wechselspannung gesteuert wird und in gleichbleibenden Zeitabständen
Signalwellen wie z.B. überschallwellen abgibt, und einer getrennt von dieser Taktgebereinheit
ausgebildeten Zeitanzeigeeinheit besteht, welche eine zum Empfang der Signalwelle
dienende Vorrichtung und eine mit der Empfangsvorrichtung
gekoppelte
und zur Betätigung der Zeitanzeige-Stellvorrichtung dienende Vorrichtung aufweist,
und an einer von der Wechselspannungsquelle entfernten Stelle angeordnet werden
kann, ohne durch eine Zuleitung mit dieser verbunden zu sein, d.h. ein schnurloser
Zeitgeber ist. Die Zeitanzeigevorrichtung soll dabei so ausgelegt sein, daß sie
von äußeren Störungen unbeeinflußt ist und stets synchron mit der Taktgebereinheit
arbeitet.
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Die vorgeschlagene Zeitmeßvorrichtung, bestehend aus einer Taktgebereinheit
mit einem Synchronmotor, dessen Drehzahl durch die Frequenz einer Wechselspannungsquelle
gesteuert wird und der durch seine Drehung eine Signalemittervorrichtung betätigt,
welche in gleichbleibenden Zeitabständen eine Signalwelle abgibt, und einer zum
Empfang der Signalwelle ausgelegten und zur Steuerung der Zeitanzeige dienenden
Zeitanzeigeeinheit mit einer aus Batterien bestehenden Stromquelle ist erfindungsgeiräß
dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitanzeigeeinheit einen Signalempfänger aufweist,
der zum Empfang der Signalwelle und zum Antrieb einer zur Betätigung der Zeitanzeigeeinheit
dienenden mechanischen Vorrichtung ausgelegt ist, mit der Betätigung des Signalempfängers
eine Ausschaltzeit-Schaltung gekoppelt ist und dazu dient, den Signalempfänger nach
Ablauf einer zum Antrieb der mechanischen Vorrichtung erforderlichen Zeitspanne
außer Betrieb zu setzen, mit dem Beginn des Außerbetriebsetzungszustandes des Signalempfängers
eine Einschaltzeit-
Schaltung gekoppelt ist und dazu dient, den
Empfänger erst zu einem Zeitpunkt wieder in den Signalempfangszustand zu versetzen,
in dem die Signalwelle ausgesandt wird, wobei die Zeitanzeigeeinheit in dieser Zeitspanne
die von der Taktgebereinheit mit konstanter Frequenz ausgesandte Signalwelle jeweils
innerhalb einer Zeitspanne empfängt, in der sie in der Lage ist, diese Signalwelle
zu empfangen und einerseits die Zeitanzeige auszuführen und andererseits vermittels
der Signalwelle die Zeitperiode zu steuern, in welcher sie in die Lage versetzt
ist, die Signalwelle zu empfangen.
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Infolge der erfindungsgemässen Auslegung der Zeitanzeigeeinheit, daß
nämlich die Zeitspanne, in welcher sie ein Signal von der Taktgebereinheit empfangen
kann, begrenzt ist, und die Zeitanzeigeeinheit außerhalb dieser begrenzten Zeitspanne
in einen Zustand versetzt ist, in der sie keine Signalwelle empfangen kann, wird
ein durch äußere Störeinflüsse bedingtes fehlerhaftes Arbeiten der Zeitanzeigeeinheit
ausgeschaltet. Die Zeitspanne für die Abgabe einer Signalwelle durch die Taktgebereinheit
wird stets synchron mit der Antriebs zeitspanne für die in der Zeitanzeigeeinheit
befindliche Zeitanzeige-Stellvorrichtung gehalten, wodurch eine genaue Zeitmessung
gewährleistet ist.
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Idach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Zeitmeßvorrichtung
so ausgebildet, daß die zum Empfang eines in
gleichbleibenden Zeitabständen
abgegebenen bestimmten Signalwellenzuges zur Verfügung stehende Zeitspanne dadurch
bestimmt wird, daß die Auswertung mit dem Zeitpunkt des Ankommens der unmittelbar
vorhergehenden Signalwelle in bezug auf die jeweilige Signalwelle beginnt, und auch
nach Ablauf eines längeren Zeitraums ein Signalwellen-Empfangszustand aufrechterhalten
wird, der stets synchron ist mit dem Zeitpunkt, an dem die Signalwelle von der Taktgebereinheit
abgegeben wird.
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Die Taktgebereinheit der erfindungsgemässen Zeitmeßvorrichtung ist
so ausgelegt, daß sie vermittels eines durch einen Synchronmotor gesteuerten Schalters
in regelmässigen Zeitabständen eine Signalwelle wie z.B. eine Überschallwelle in
den sie umgebenden Raum ausstrahlt. Die Drehzahl des Synchronmotors ist dabei stets
synchron mit der in der Stromerzeugungsanlage geregelten Präzisionsfrequenz. Daher
ist die von dem Zeitgeber zu erwartende Genauigkeit der Zeitanzeige identisch mit
der Genauigkeit der Frequenz der Wechselspannungsquelle in der Stromerzeugungsanlage.
Ein neuartiges Merkmal der Erfindung, das besonders hervorgehoben werden soll, besteht
darin, daß die Zeitanzeigeeinheit, die das Verstreichen der Zeit genau anzeigen
soll und eine der beiden Einheiten der Vorrichtung bildet, mit Batterien versehen
ist, so daß die Einheit frei an jedem gewünschten und von der die andere Einheit
der Vorrichtung bildenden Taktgebereinheit getrennten
Ort angeordnet
werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemässen Zeitmeßvorrichtung erläutert.
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Fig. 1 ist eine zur Erläuterung dienende schematische Darstellung
einer Taktgebereinheit, die mit einer Haushaltsstromquelle verbunden ist.
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Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform einer Zeitanzeigeeinheit
der erfindungsgemässen Zeitmeßvorrichtung zeigt, wobei die Zeitanzeigeeinheit getrennt
von der in Fig. 1 dargestellten Taktgebereinheit angeordnet ist.
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Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung
entsprechend der Erfindung, die Einzelheiten der in Fig. 2 dargestellten Anzeigeeinheit
zeigt, dieser weitgehend entspricht, sich jedoch von der Einheit der Fig. 2 unterscheidet.
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Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. In Fig. 1 ist eine Zeit- oder Taktgebereinheit A dargestellt. Das
Bezugszeichen Al an der Taktgebereinheit A stellt einen Stecker dar, der mit einer
Haushaltsstromquelle verbunden wird. Das Zeichen A2 bezeichnet das Gehäuse zur Aufnahme
eines (nicht dargestellten)
Synchronmotors, der durch die Frequenz
der Stromquelle geregelt wird. Das Gehäuse enthält außerdem eine Nockenscheibe A3
mit anem Nocken A3a, und die Scheibe wird von dem Motor mit der Frequenz von einer
Umdrehung pro Minute gedreht.
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Mit A4 ist ein Signalemitter bezeichnet, der eine Frequenz in der
Größenordnung von mehreren zehn kHz aussendet, die oberhalb des Hörbereiches liegt.
A5 bezeichnet einen Schalter, durch den der Signalemitter A4 betätigt wird, wenn
der Schalter durch den Nocken A3a der Nockenscheibe A3 geschlossen ist.
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Die in Fig. 1 dargestellte Taktgebereinheit A wird durch Verbinden
des Steckers Al mit der Haushalts-Wechselspannungsquelle in Betrieb gesetzt. Dadurch
wird der Synchronmotor in Drehung versetzt und dreht die Nockenscheibe A3 im Uhrzeigersinn.
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Die Nockenscheibe A3 führt dementsprechend eine Umdrehung pro Minute
aus. Bei einem Umlauf der Nockenscheibe wird der Schalter A5 während fünf Sekunden
durch den Nocken A3a geschlossen, während der Schalter A5 in der übrigen Zeit, d.h.
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außerhalb der fünf Sekunden während des eine Minute dauernden Umlaufs
der Scheibe in der Öffnungsstellung bleibt. In der ganzen Zeitspanne, in welcher
der Schalter A5 in der Schließstellung gehalten wird, ist der Signalemitter A4 in
kontinuierlichem Betrieb und gibt eine Überschallwelle mit einer Frequenz in der
Größenordnung von mehreren zehn kfiz ab, die außerhalb des Hörbereichs liegt und
im wesentlichen keine große Richtwirkung hat.
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In Fig. 2 ist eine Zeitanzeigeeinheit B darstellt. In dieser Zeitanzeigeeinheit
bezeichnet das Bezugs zeichen B1 eine aus Batterien bestehende Stromquelle, das
Bezugszeichen B2 eine Einschaltzeit-Schaltung (on-timer circuit), B3 einen Empfänger
für das überschallwellensignal, B4 einen Plungerkolben oder Anker mit einer Schaltklinke
B4a zum Verstellen eines Schaltrades B5, das seinerseits mit einer Minuten-Anzeigetafel
gekoppelt ist, B6 eine erste Ausschaltzeit-Schaltung (off-timer circuit), die zur
zeitlichen Verzögerung des Ausgangssignals für eine bestimmte Zeitspanne und zum
Rückstellen der Einschaltzeit-Schaltung B2 mit dieser Verzögerung dient, und B7
bezeichnet einen Schalttransistor.
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Die in Fig. 2 dargestellte Zeltanzeigeeinheit B arbeitet in der Weise,
daß ihr Signalempfänger B3 die von der Taktgebe-reinheit A ausgesandte Überschallwelle
empfängt und dadurch den Anker B4 antreibt, so daß dessen Klinke B4a das Schaltrad
B5 um eine Klinke weiterdreht, wodurch die Zeitanzeige um eine Minute weitergestellt
wird. Während dieses Teils des Vorgangs und nach Ablauf einer Zeitspanne, die ausreichend
groß bemessen ist, damit der Anker das Weiterrücken der Zeitanzeige vollständig
zu Ende führen kann, wird die Einschaltzeit-Schaltung B2 durch die erste Ausschaltzeit-Schaltung
B6 der Rückkopplungsschaltung zurückgestellt, die eine bestimmte Zeitkonstante aufweist.
Daraufhin senkt die Einschaltzeit-Schaltung B2 die zu dem Signalempfänger B3 fließende
Stromstärke auf einen Wert ab, der
niedriger ist als der Ausschaltstrom
des Transistors. Dieser Zustand hält etwa 55 bis 59 Sekunden lang an, wobei der
Signalempfänger B3 in dem nicht betriebsbereiten Zustand gehalten wird. Dann macht
die Einschaltzeit-Schaltung B2 den Transistor 7 erneut leitend, so daß der Empfänger
B3 in den Signalempfangszustand gebracht wird. Daraufhin gibt die oben beschriebene
Taktgebereinheit A eine Überschallwelle ab, wodurch der vorbeschriebene Ablauf von
Neuem eingeleitet wird.
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Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform steht
die Taktgebereinheit A vermittels einer überschallwelle in Verbindung mit der Zeitanzeigeeinheit
B. Diese Verbindung kann jedoch auch aus anderen Mitteln wie z.B. einer drahtlosen
Signalvorrichtung bestehen, die beispielsweise mit einer aus einer elektrischen
Welle oder einer Lichtwelle bestehenden Signalwelle arbeitet. Wenn jedoch verschiedene
Faktoren wie z.B. die Herstellungskosten für den Signalemitter und den Signalempfänger,
die Auswirkungen auf andere Instrumente und die Beeinflussungen durch andere Instrumente,
sowie die von der Welle zurückzulegende Entfernung berücksichtigt werden, ergibt
sich die Schlußfolgerung, daß die Verwendung einer überschallwelle bei dem gegenwärtigen
Stand der Technik am vorteilhaftesten ist. Das trifft auch auf die in Fig. 3 dargestellte
und weiter unten beschriebene Ausführungsform zu.
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Die in Fig. 3 in größeren Einzelheiten dargestelle elektrische Schaltung
lediglich der Zeitanzeigeeinheit B stellt eine teilweise Abänderung der in Fig.
2 dargestellten Ausführung dar. Es ist zu bemerken, daß in Fig. 3 die Taktgebereinheit
weggelassen ist. Für diese Ausfmirungsform läßt sich ebenfalls die in Fig. 1 dargestellte
und bereits beschriebene Taktgebereinheit A veienden.
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Fig. 3 zeigt somit eine vollständige Darstellung einer weiteren Ausführung
der Zeitanzeigeeinheit. In der Zeichnung ist mit dem Bezugs zeichen 1 eine Signalempfangsvorrichtung
dargestellt, die zum Empfang einer von der vorgenannten Taktgebereinheit A ausgesandten
Ubersenallwelle dient und einen Signalempfänger 2 mit einem Mikrophon (bzw. im Falle
eines Empfängers, der zum Empfang einer elektrischen Welle ausgelegt ist, anstelle
des Mikrophons eine Antenne) 2a aufweist. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine mechanische
Zeitanzeige-Stellvorrichtung, die aus einem Plunger mit einem Elektromagneten 4)
der mit den Ausgangsklenunen des Empfängers 2 verbunden ist, einem beweglichen Lisenkern
5 mit einer Schaltklinke 5a und einem Anschlaghebel 5b, die beide in einem Stück
mit dem Kern ausgebildet sind, einer Feder 6, welche dazu dient, den Eisenkern 5
in seine Normallage zurückzustellen, und einem Schaltrad 7 besteht, das mit der
Zeitanzeige-Stellvorrichtung gekoppelt ist, die zu Ende jeder einzelnen Minute jeweils
gedreht wird, indem sie durch die Schaltklinke 5a des beweglichen Eisenkerns
5
verstellt wird. Mit dem Bezugszeichen 8 ist eine zweite Ausschaltzeit-Schaltung
dargestellt, die dazu dient, die Signalempfangsvorrichtung 1 für eine vorbestimmte
Zeitspanne In den nicht empfangsbereiten Zustand zu versetzen.
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Die zweite Ausschaltzeit-Schaltung 8 weist eine aus dem Widerstand
9 und dem Kondensator lo bestehende Zeitkonstantenschaltung. einen Feldeffekttransistor
11, dessen Tor mit dem Verbindungspunkt von Widerstand 9 und Kondensator lo verbunden
und dessen Quellenpotential durch ein Potentiometer 12 geliefert wird, und einen
Schalter 13 zum Entladen des Kondensators lo auf. Der feststehende Kontakt 13a des
Schalters 13 ragt in den Bewegungsweg des Anschlaghebels 5b hinein und dient als
Anschlag zur Begrenzung der nach unten gerichteten Bewegung des beweglichen Eisenkerns
5.
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Der bewegliche Kontakt 13b dagegen ist normalerweise in die Öffnungsstellung
bea>wfschlagt und wird dann, wenn der Anschlaghebel 5b in Eingriff mit dem feststehenden
Kontakt 13a kommt, seinerseits in Berührung mit dem feststehenden Kontakt 13a gebracht.
Die Bezugs zeichen 14 und 15 bezeichnen Transistoren, durch welche die Signalempfangsvorrichtung
1 mit der zweiten Ausschaltzeit-Schaltung 8 verbunden ist.
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Mit dem Bezugszeichen 16 ist eine aus Batterien bestehende Stromquelle
bezeichnet.
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Es soll nun die Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Zeitanzeigeeinheit
beschrieben werden. Wenn der Schalter
13 der zweiten Ausschaltzeit-Schaltung
8 geöffnet wird, wird der Kondensator lo über den Widerstand 9 aufgeladen. Wenn
das Potential am Tor des Feldeffekttransistors 11 infolge der Aufladung des Kondensators
10 höher wird als das Potential an der Quelle des Transistors, wird der Transistor
11 in den leitfähigen Zustand gebracht. Daraufhin werden die Transistoren 14 und
15 ebenfalls leitfähig gemacht, so daß der Signalempfänger 2 in den Signalempfangszustand
kommt.
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Wenn nun angenommen wird, daß der Signalemitter A4 der in Fig. 1 dargestellten
Taktgebereinheit A in jeder Minute während mehrerer Sekunden kontinuierlich eine
Signalwelle ausstrahlt, wird diese über das Mikrophon 2a der Signalempfangsvorrichtung
1 aufgenommen, wodurch der Empfänger 2 betätigt wird und dem Elektromagneten 4 des
Plungers Strom zuführt. Folglich wird der bewegliche eisenkern 5 des Plungers in
einer solchen Weise betätigt, daß sein Anschlaghebel 5b den beweglichen Kontakt
13b gegen die Kraft der Feder 6, welche dazu dient5 den beweglichen Eisenkern 5
in seine Normallage zurückzustellen, aus seiner mittleren Stellung nach oben in
eine Stellung gebracht wird, in welcher er in Berührung mit dem feststehenden Kontakt
13a steht. Gleichzeitig wird die Schaltklinke 5a in Eingriff mit einem Zahn 7a des
Schaltrades 7 gebracht.
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Wenn der Schalter 13 auf diese Weise geschlossen worden ist, wird
der Kondensator 10 entladen. Folglich fällt das Potential an dem Tor des Feldeffekttransistors
11 auf einen
Wert ab, der niedriger ist als das Quellenpotential.
Der Transistor 11 wird abgeschaltet, d.h. gesperrt, wodurch die Transistoren 14
und 15 ebenfalls abgeschaltet werden.
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Dadurch wird wiederum der Signalempfänger 2 in den nicht empfangsbereiten
Zustand gebracht und die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten 4 unterbrochen. Infolgedessen
kann der bewegliche Eisenkern 5 unter der von der Feder 6 ausgeübten Spannung in
seine obere Lage zurückkehren. Während der nach oben gerichteten Bewegung des Eisenkerns
5 wird das Schaltrad 7 durch die Klinke 5a des Eisenkerns 5 um einen vorbestimmten
Winkel gedreht, wodurch die Zeitanzeige-Stellvorrichtung um eine Minute weitergestellt
wird. Durch die Rückstellbewegung des beweglichen Eisenkerns wird außerdem der Schalter
13 in die ö.ffnungsstellung gebracht, so daß der Kondensator lo wiederum über den
Widerstand 6 aufgeladen werden kann. Dabei soll angenommen werden, daß die Zeitkonstante
für die Zeitspanne von dem Zeitpunkt an, an dem das Potential des sich aufladenden
Kondensators 1o größer wird als das Quellenpotential des Feldeffekttransistors 11,
bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Feldeffekttransistor 11 und damit anschließend
auch die Transistoren 14 und 15 eingeschaltet werden, auf etwa eine Minute eingestellt
ist.
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Dabei ist zu beachten, daß die Signalempfangsvorrichtung 1 während
dieser Zeitspanne im nicht empfangsbereiten Zustand gehalten wird. Wenn dann anschließend
die betreffenden Transistoren 11, 14 und 15 im wesentlichen synchron mit
dem
Zeitpunkt, an dem eine Signalwelle von der Taktgebereinheit ausgestrahlt wird, angeschaltet
werden und dementsprechend die Signalempfangsvorrichtung 1 wieder in den Signalempfangszustand
gebracht wird, beginnen die vorstehend beschriebenen Abläufe von Neuem.
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Die vorstehende Beschreibung der Arbeitsweise geht von der Annahme
aus, daß die Signalwelle einmal jede Minute von der Taktgebereinheit abgegeben wird.
Selbstverständlich kann jedoch auch dann, wenn die Signalwelle isi mal pro Minute
abgegeben wird, wenn nämlich die üblicherweise nur zu Ende jeder Minute erfolgende
Änderung der Zeitanzeige durch eine Reihe von schrittweisen Anzeigen von N mal während
einer in N Schritte unterteilten Minute ersetzt wird, die durch den Widerstand 9
und den Kondensator 1o vorgegebene Zeitkonstante auf eine Zeitspanne eingestellt
werden, die etwas kürzer ist als l/ì{ pro Minute. Wenn die Anordnung beispielsweise
so ausgelegt ist, daß zu Ende von jeweils 3o Sekunden eine Signalwelle von der Taktgebereinheit
abgegeben und dementsprechend die Änderung der Zeitanzeige für jede Minute vermittels
zweier zwischenzeitlicher Vorgänge während einer Minute in der Zeitanzei&e-Stellvorrichtung
der Zeitanzeigeeinheit gesteuert wird, erfolgt die Einstellung der Zeitkonstante
der zweiten Ausschaltzeit-Schaltung auf einen Wert, der etwas kürzer ist als 1/2
Minute.
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Außerdem kann der beschriebene Plunger auch durch andere elektromagnetische
Vorrichtungen wie z.B. einen Elektromagneten
oder ein Relais ersetzt
werden. Schließlich kann die vermittels der erfindungsgemässen Zeitmeßvorrichtung
erfolgende Zeitanzeige von analoger oder digitaler Beschaffenheit sein.
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- Patentansprüche -