DE2113295B2 - Elektronische zeitmesser, insbesondere kleinuhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Zeitmesser, insbesondere Kleinuhr, welcher einen an einen Hochfrequenzoszillator angeschlossenen Frequenzteiler aufweist und bei welchem der Frequenzteiler über eine Spule einen mit einem Zeigerwerk gekoppelten elektromechanischen Schwinger speist, wobei ein Einstellglied für eine Frequemabstimmung zwischen der Eigenfrequenz des Schwingers und des Frequenzteiles vorgesehen ist.

Ein derartiger Zeitmesser ist beispielsweise aus den DT-OS 15 23 940 und 19 52 203 bekannt. Dabei richten sich die Verbesserungsversuche auf die Entwicklung von Armbanduhren mit höchster Präzision, die keine elektromechanischen Oszillatoren bzw. Schwinger als Haupt-Zeitnormal verwenden. Ein in Erwägung gezogener und ausgiebig untersuchter Lösungsversuch besteht in der Verwendung vollständig elektronische Schaltungen zur Erzeugung eines Haupt-Antriebssignals. Beispielsweise wurde bereits vorgeschlagen, einen niederfrequenten, mit der gewünschten Zeit Haltefrequenz arbeitenden Oszillator bzw. Impulsgenerator für den Direktantrieb einer Zeitanzeige über einen elektromechanischen Energiewandser zu verwenden. Bei der Verwirklichung dieser Konstruktion ergaben sich jedoch Schwierigkeiten, beispielsweise bei der ,Schaffung eines niederfrequenten Oszillators ausreichender Stabilität im Hinblick auf eine geeignete praktische Größe und Stromaufnahme. Zur Überwindung dieser und anderer Schwierigkeiten wurde bereits die Verwendung eines Hochfrequenzoszillators als Frequenznormal in Verbindung mit einem Quarzkristall zur Aufrechterhaltung der Frequenzstabilität und mit einem Frequenzteiler für den kristallgestörten Oszillator zur Zeugung eines Ausgangssignals mit einer zweckmäßigen Zeithaltefrequenz vorgeschlagen.

In der US-PS 35 12 35i ist ein Zeitmesser beschrieben, bei welchem die Spule weit außerhalb der Drehachse sitzt und deshalb ein wesentlich höheres Trägheitsmoment aufweist. Dadurch wird bei diesem Zeitmesser ein zusätzliches Kompensationsgewicht erforderlich, was zu einem zusätzlichen Trägheitsmoment führt.
Von dieser Problematik ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektronischen Zeitmesser, insbesondere eine Kleinuhr der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart zu schaffen, daß ein elektromechanische; Resonator bzw. Wandler so ausgebildet wird, daß die von dem hochfrequenten Oszillator erzeugten Impulse elektronisch auf eine relativ hohe Eigenfrequenz des elektromechanischen Resonators abgestimmt und durch diesen auf das anzutreibende Zeigewerk mit einer maximalen l.eistungsausnutzung übertragen werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspriichen gekennzeichnet. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines kristallgesteuerten elektronischen Zeitmessers,

Fig.2 eine schematisierte Darstellung des elektromechanischen Wandlers, welcher einen Teil der Uhr gemäß Fig. 1 bildet,

F i g. 3 eine vereinfachte Schnittansicht des Wandlers gemäß F ig. 2,

Fig.4 eine Aufsicht auf die Räderwerk-Innenseite der Uhrwerkanordnung in stark vergrößertem Maßstab,

Fi g. 5A einen lotrechten Schnitt zur Darstellung des Resonator- Reglers,

Fig.5B einen lotrechten Schnitt zur Darstellung der Halterung sowie des einen Teils der Resonatoranordnung bildenden Dauermagnetanordnung,

F i g. 5C einen lotrechten Schnitt zur Darstellung des durch eine Feder gesteuerten Resonators und des exzentrischen Schaltmechanismus der Uhr,

F i g. 6 eine teilweise im Schnitt dargestellte Aufsicht auf die Regel-Sperreinrichtung mit dem Regler für die stärkere Feder des Resonators,
F i g. 7 eine Aufsicht auf die Befestigung des Endes der Regler-Spirale,

F i g. 8 eine Seitenansicht der Befestigung gemäß

Fig.7,
Fig.9

eine Aufsicht auf die Nebenschluß- und

Dauermagnetanordnung des Resonators der Uhr,

F i g-10 einen Schnitt längs der Linie 24—24 in F i g. 9.

In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer allgemein bei 10 angedeuteten elektronischen Uhr dargestellt Die Uhr weist ein Frequenznormal 12 auf, vorzugsweise einen kristallgesteuerten Oszillator, der Ausgangsimpulse mit einer Frequenz von 262,144 kHz und mit der Stabilität des Steuer-Kristalls erzeugt Das vom Oszillator 12 abgegebene Signal wird über die Leitung 14 an einen mehrstufigen Frequenz-Teiler 16 angelegt, in welchem die Frequenz des elektrischen Signals auf einen für den Antrieb der Uhrzeiger geeigneten Wert reduziert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform besitzt das auf einer Leitung 18 erscheinende Ausfc-angssignal des Frequenzteilers 16 von 16 oder 32 Hz; der Frequenzteiler 16 weist z. B. eine 14stufige Binär-Kette von Flip-Flops zur Erzeugung einer Ausgangsfrequenz von 16 Hz auf.

Dieses Ausgangssignal wird einer Trüberstufe 20 eingespeist, weiche als Impulsformer wirkt und die Impulse einem Wandler 22 einspeist. Der Wandler 22 wandelt die elektrischen Impulse in eine mechanische Bewegung zur Betätigung einer Zeitanzeige um, die aus einem Räderwerk und herkömmlichen Zeigern besteht, welche über einem herkömmlichen Zifferblatt angeordnet sind.

Der Wandler 22 besitzt die in den F i g. 2 und 3 allgemein dargestellte Form. Er weist zwei zu beiden Seiten einer elektrischen Spule 30 angeordnete Dauermagnete 26 und 2Ά auf. Die Spule 30 besteht gemäß F i g. 3 aus zahlreichen Drahtwicklungen, die auf einem Kern 32 angeordnet sind; der Kern ist an seinem oberen und unteren Ende mit zwei Resonator- bzw. Unruhwellen-Abschnitten, d. h. einem oberen Abschnitt 34 und einem unteren Abschnitt 36, verbunden. Die Enden der Resonatorwelle sind in Lager 38 und 40 eingesetzt, so daß die Spule, der Kern und die Unruhwelle in dem durch die Dauermagnete 26 und 28 gebildeten Magnetfeld zu schwingen vermögen. Am oberen Abschnitt 34 der Welle ist das Innenende einer regulierenden Feder 42 befestigt, deren anderes Ende, mit 44 angedeutet, an einem festen Teil der Uhr angebracht ist Eine untere Feder 46 ist auf ähnliche Weise mit dem unteren Abschnitt 36 der Welle verbunden und mit ihrem Außenende 48 an einem festen Teil der Uhr angeordnet Das obere Ende der Spule 30 liegt bei 50 über den Abschnitt 34 zur Feder 42 an Masse, während das untere Ende der Spule 30 auf ähnliche Weise bei 52 über den unteren Abschnitt zur Feder 46 und den Teil bzw. Zapfen 48 elektrisch mit der Treiberstufe 20 verbunden ist Die Federn 42 und 46 sind elektrisch mit den beiden Polen einer Spannungsquelle, beispielsweise einer im Uhrgehäuse angeordneten 3-V-Batterie, über die Treiberstufe 20 verbunden, welche den durch die Spule fließenden Strom vom einen Pol der Batterie zum anderen über die Federn und die Unruhwellen-Abschnitte steuert.

Die Kraftübertragung von der schwingenden Spule erfolgt mittels eines bei 54 angedeuteten Exzenters, der am unteren Abschnitt 36 der Welle montiert ist, sowie über einen Schalthebel 56 auf ein Stell- bzw. Steigrad 58, das wiederum über ein Räderwerk bzw. das Uhrwerk mit den Zeigern verbunden ist. Das Rad 58 ist mit ratschenartigen Zähnen 60 versehen, in die ein am Außenende des Schalthebels 56 vorgesehenes Schaltelement bzw. ein Schaltstein 62 eingreift, so daß sich das Rad 58 abhängig von der Schwingbewegung der Spule und der Resonatorwelle dreht.

Fig.4 ist eine Aufsicht au/ die Innenseiten der erfindungsgemäßen Uhr 10. Ein wesentliches Tragelement der Uhr wird durch eine Zapfenplatte 120 gebildet, an welcher mit Hilfe einer Schraube 124 eine Regel-Sperre 122 montiert Lsi, welche das den einen Abschnitt 34 der die Spule SO und den Spulen-Kern 32 tragenden Resonatorwelle lagernde Lager 38 aufweist Ähnlich ist an der Zapfenplatte mittels einer Schraube 128 eine Spulen-Sperre 126 montiert welche ein das andere Ende der Spulenanordnung aufnehmende Lager 40 trägt, d.h. das Lager für das Ende des anderen Abschnitts 36 der Resonatorwelle. Die Feder 46 ist über eine Muffe 130 mit dem Wellen-Abschnitt 36 verbunden, während die Regel-Feder 42, die vorzugsweise etwa die sechsfache Stärke besitzt wie die Feder 46, ähnlich mittels einer zweiten Muffe 132 mit dem Wellen-Abschnitt 34 verbunden ist Der Schalthebel 56 ist drehbar auf dem einen kurzen Abschnitt des Wellen-Abschnitts 36 bildenden Exzenter 54 gelagert und trägt den Schaltstein 62, welcher in die ratschenartigen Zähne 60 des Stell- bzw. Steigrads 58 eingreift Die Drehung des Stellrads 58 in Verbindung mit den Schwingungen der Spule 30 bewirkt den Antrieb der Zeiger über ein Räderwerk, welches ein sechstes Rad 134, ein fünftes Rad 136, ein viertes Rad 138 und ein drittes Rad 140 aufweist. Die Zapfenplatte 120 ist außerdem mit einem einstellbaren Zapfen 142 versehen, welcher das eine Ende einer Reib-Feder 144 trägt, die an einem Abschnitt des Räderwerks angreift. Außerdem sind noch weitere Elemente wie eine Platte 146 für einen ElN-AUS-Schalter, eine zwei Stellungen besitzende .Stellwelle 148, eine drehfest mit der Stellwelle 148 verbundene Kupplung 150 und zwei Querstäbe 152 vorgesehen.

F i g. SA ist ein Schnitt zur Darstellung der Regulator-Sperre und des Reglers der stärkeren Feder 42 des Resonators. F i g. 5B veranschaulicht als Schnitt durch eine der Quer-Schrauben die Halterung des Permanentmagneten, welcher in Nebenanschluß mit der Zapfenplatte liegt Fig.C ist ein Schnitt durch den Resonator zur Darstellung der schwingenden Spule 30 und ihrer Lagerung sowie der Exzenteranordnung zur Übertragung der Schwingungen der Spule 30 auf das Stellrad 58.

Fig.5A ist ein lotrechter Schnitt zur Darstellung der Regel-Sperre 122 und der Regelanordnung für die stärkere Feder 42. Die Regel-Sperre 122 ist auf beschriebene Weise mittels der Schraube 124 sowie mit Hilfe von mit Reibsitz eingepaßten Stiften 316 an der Zapfenplatte 120 befestigt. Die Sperre 122 trägt das End-Stoßlager 38, welches l . eine Ende der Resonatoranordnung lagert und eine Schwingbewegung ermöglicht, während um das Lager-Futter herum ein Feder-Regulator bzw. Einstellglied 318 vorgesehen ist, dessen Einzelheiten aus Fig.6 hervorgehen. Der Regulator weist einen mit Reibsitz um die Lageranordnung herum drehbaren R ng 320 mit nach außen abstehenden Lappen 322 und 324 auf. Der Lappen 322 kann von Hand erfaßt werden, um den Regulator-Ring um das Futter des Lagers 38 herum zu verdrehen. Vom Lappen 324 stehen zwei im Abstand voneinander beritzende Regulator-Zapfen 326 und 328 nach außen ab, zwischen denen das äußere, verlängerte Krümmungsteilstück 330 der Feder 42 verläuft (Fig. 5A). Durch Verdrehen des Regulators 318 mit den verschiebbar am Ende der Spirale anliegenden Zapfen wird die Effektivlänge der Spirale verändert, wodurch ihre Stärke in bekannter Weise modifiziert wird, um eine Feinabstimmung der Resonatorfrequenz zu ermög-

lichen. Das bei 332 angedeutete Außenende der Federkrümmung 330 ist zwischen der Außenkante einer Schulter 334 der elektrisch leitfähigen Zapfenplatte und der benachbarten, damit zusammenwirkenden Fläche des Blocks 194 verklemmt. Die Einzelheiten des Blocks 194 sind in den F i g. 7 und 8 näher dargestellt. Der Block ist bei 338 mit einer öffnung zur Aufnahme des Außenendes 332 der Spirale sowie mit einer Gewindebohrung 340 versehen, welche das Gewindeende einer Schraube 342 aufzunehmen vermag, die gemäß F i g. 5A eine in der Zapfenplatte 120 ausgebildete Bohrung durchsetzt. Wenn die Schraube 342 festgezogen wird, wird das Ende 332 der Spirale zwischen der Zapfenplatte und dem Block 194 fest verspannt. Hierdurch wird nicht nur diis Ende der Feder einwandfrei festgelegt und gehaltert, sondern auch eine elektrische Verbindung über die Feder 46 von der anderen Seite der Resonator-Spule 30 zu Masse, d. h. zur Zapfenplatte 120, hergestellt.

F i g. 5B ist ein Schnitt zur Darstellung einer der den zo Permanent-Magnet-Nebenschluß 153 haltenden Schrauben 154. Die Einzelheiten des Nebenschlusses und des die Spule 30 umgebenden Magneten sind in den F i g. 9 und 10 dargestellt, von denen letztere ein Schnitt längs der Linie 24—24 in Fi g. 10 ist. Der Nebenschluß 153 besteht aus Weicheisen und trägt die an ihm befestigten Dauermagnete 26 und 28, außerdem ist er bei 344 und 346 mit Bohrungen zur Durchführung der Schrauben 154, 156 versehen und weist weiterhin zwei Schlitze 348 und 350 auf, über welche die Resonator-Abschnitte 34 und 36 den Nebenschluß durchsetzen.

F i g. 5C veranschaulicht die Resonator-Konstruktion sowie die exzentrische Abnahme in Richtung zum Steigrad 58. Der Resonator weist die Spule 30 auf, die aus zahlreichen, um einen flachen, rechteckigen Kern 32 herumgewickelten Windungen besteht. Die Spule durchsetzt Schlitze in auf die Enden des Kerns 32 aufgesetzten Endstücken 352 und 354. Der Wellen-Abschnitt 34 halten starr einen Wellenstummel 356, dessen Ende drehbar in das End-Stoß-Lager 38 eingesetzt ist. Der andere Abschnitt 36 der Resonatorwelle nimmt mit Reibsitz einen zweiten Wellenstummel 358 auf, der einen kurzen Exzenterabschnitt aufweist, an welchem ein Ende des Schalthebels drehbar bzw. schwenkbar gelagert ist. Der Schalthebel trägt den Schaltstein 62, welcher in die Zähne 60 des Steig- bzw. Stellrads 58 eingreift. Das Stellrad ist an einer Welle befestigt, deren unteres Ende drehbar in ein Lager 360 eingesetzt ist, während ihr anderes Ende in einem ähnlichen, von der Schalt-Sperre 202 getragenen Lager 362 drehbar gelagert ist. Am Stellrad 58 ist ein mit ihm mitdrehbares Ritzel 364 befestigt. Wie erwähnt, ist die Sperre 202 mit Hilfe einer Schraube 206 sowie mittels zweier Stifte (z. B. 368) an der Zapfenplatte 120 befestigt. Außerdem ist an der Zapfenplatte 120 und an der Stellrad-Sperre 202 die Schalthebel-Führung 204 mit Hilfe der Schraube 206 befestigt.

In Fig.5C ist weiterhin eine Stellrad-Klinkenanordnung mit einer Klinken-Feder 380 dargestellt, die einen Klinken-Stein 382 trägt, welcher ebenfalls in die Zähne 60 des Rads 58 eingreift und dieses arretiert, wenn es durch den Schalthebel 56 und den Schaltstein 62 weitergerückt wird. Die Klinken-Feder 380 ist mittels eines Klinken-Zapfens 386 auf einer Klinken-Brücke 384 montiert.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung einen verbesserten Zeitmesser und insbesondere eine verbesserte elektronische Armbanduhr schafft, bei welcher ein elektromechanischer Resonator, der als Wandler für ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung wirkt, über einen Frequenzteiler mit dem Ausgangssignal eines kristallgesteuerten Oszillators gekoppelt ist. Der elektromechanische Resonator ist mit einem Feder-Regler bzw. Einstellglied versehen, so daß er unabhängig durch den Regler auf die gewünschte Frequenz abstimmbar ist, die im vorliegenden Fall lediglich als Beispiel 16 oder 32 Hz betragen kann; in bevorzugter Ausführungsform wird ein Resonator mit einer Eigenfrequenz von 16 Hz verwendet Durch getrennte Abstimmung des elektromechanischen Resonators ist es möglich, eine optimale Kraftübertragung über das Uhrwerk zu erreichen, so daß eine optimale Energie auf die Uhrzeiger übertragen und eine minimale Leistungsaufgabe von der begrenzten Spannungsversorgung gewährleistet wird, die durch eine kleine, in die Uhr eingebaute 3 V-Batterie gebildet wird. Der Resonator wird durch den Feder-Regler auf Schwingungen maximaler Amplitude abgestimmt, wodurch eine maximale Leistungsübertragung auf die Uhrzeiger gewährleistet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Zeitmesser, insbesondere Kleinuhr, welcher einen an einen Hochfrequenzoszillator angeschlossenen Frequenzteiler aufweist und bei welchem der Frequenzteiler über eine Spule einen mit einem Zeigerwerk gekoppelten elektromechanischen Schwinger speist, wobei ein Einstellglied für eine Frequenzabstimmung zwischen der Eigenfrequenz des Schwingers und des Frequenzteiles vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (22) die Spule (30) derart trägt, daß deren Wicklungen auf einen mit der Schwingerwelle verbundenen Kern (32) gewickelt sind, so daß der Schwinger mit mindestens 16 Hz schwingen kann, daß eine mit der Spule (30) gekoppelte Spiralfeder (42) das für die Schwingungen erforderliche Rücksteilmoment erzeugt und daß das Einstellglied (318) mit der Spiralfeder (42) verbunden ist.

2. Elektronischer Zeitmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Schwinger (22) auf eine Frequenz von ungefähr 16 Hz abgestimmt ist.

3. Elektronischer Zeitmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Schwinger (22) auf eine Frequenz von ungefähr 32 Hz abgestimmt ist.

4. Elektronischer Zeitmesser nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellglied (318) ein Paar von Regulatorzapfen (326, 328) aufweist, welche über den äußeren Umfang der Spiralfeder (42) entlang einstellbar sind.

5. Elektronischer Zeitmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralfeder (42) an einem Ende (34) der Schwingerwelle (34, 36) mechanisch und an einem Ende der Spule (30) elektrisch verbunden ist und daß eine zweite Spiralfeder (46) an dem anderen Ende (36) der Schwingerwelle (34,36) mechanisch und mit dem anderen Ende der Spule (30) elektrisch verbunden ist.

6. Elektronischer Zeitmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Einstellglied (318) verbundene Spiralfeder (42) wesentlich härter ist als die zweite Spiralfeder (46).