DE2222936A1

DE2222936A1 - Zeitmessgeraet

Info

Publication number: DE2222936A1
Application number: DE19722222936
Authority: DE
Inventors: Zatsky Norman C; Leo Wiesner
Original assignee: Timex Corp
Current assignee: Timex Group USA Inc
Priority date: 1971-05-18
Filing date: 1972-05-10
Publication date: 1972-11-30
Also published as: BE783649A; AU4222772A; NL7206659A; FR2138117A1; AU456330B2; CH551038A; FR2138117B1; JPS5226472B1; US3756014A; GB1344769A; CH723872A4; IT957908B; CA970862A

Description

OR-INQ. DIPL.-ING. M. SC. ' DIPL.-PHYS. DR. DIPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 39 520 b
8.Mai 1972
k-35

Timex Corporation Waterbury, Connecticut, U.S.A.

Zeitmessgerät

Die Erfindung betrifft ein Zeitmessgerät, insbesondere Uhr, mit einem mit einem mit relativ niedriger Frequenz schwingenden Oszillator als . Antriebsorgan und mit einem Hochfrequenzoszillator als Zeitnormal. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer Synchronisierten Quarzuhr.

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Die Verwendung eines Quarzoszillators mit hochstabiler Frequenz in Verbindung mit einem Frequenzteiler zur Steuerung der Frequenz eines dem Antrieb dienenden Hilfsoszillators ist seit langem bekannt (vgl. US-Patent 3 110 853).

Die Anwendung dieses an sich erwünschten Hilfsmittels zur Steuerung elektrischer Uhren hat bis jetzt jedoch Probleme mit sich gebracht. Eine Lösung dieser Probleme ist in.der US-Pateritschrift 3 553 957 beschrieben, welche sich mit einem System befasst, in welchem das heruntergeteilte Ausgangssignal eines Kristalloszillators zur Erzeugung von Impulsen dient, die einem Schrittschaltmotor zugeführt werden, welcher einen Anzeigemechanismus antreibt. Bei diesem bekannten System erfolgt eine automatische Korrektur, wenn die Uhr vor- oder nachgeht.

Verschiedene andere bekannte Vorschläge zur Ausnutzung der Genauigkeit eines Schwingquarzes als hochfrequentes Zeitnormal für eine Uhr sind in den US-Patentschriften 3 212 552, 3 363 410, 3 282 042 und 3 451 210 beschrieben.

Nachteilig an den bekannten Systemen ist es, dass sie technisch zu aufwendig, störanfällig und zu teuer sind.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Zeitmessgerät, insbesondere eine Uhr,vor-zuschlagen, das mit relativ geringem technischen Aufwand und damit billig herzustellen ist und welches bei geringer Störanfälligkeit eine hohe Ganggenauigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Zeitmessgerät der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Frequenz des Antriebsorgans zu hoch ist und dass Einrichtungen vorgesehen sind, um das Antriebsorgan in Abständen so lange stillzusetzen bis die durch die zu hohe Frequenz des Antriebsorgans gegenüber der Frequenz

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des Zeitnormais hervorgerufene Voreilung des Zeitmessgeräts zumindest annähernd wieder ausgeglichen ist.

Dabei hat es sich in Weiterbildung der Erfindung bewährt, 'wenn ein mit niedriger Frequenz schwingender Oszillator, beispielsweise eine Unruh vorgesehen ist, welche Impulse an einen ersten Zähler liefert. Wenn dieser Zähler dann eine Anzahl von Impulsen summiert hat, welche einem Zeitintervall entspricht, wird ein Flip-Flop getriggert, welches ein Solenoid erregt, um die Unruh des Zeitmessgeräts, welches normalerweise so eingestellt ist, dass es vorgeht, zu stoppen. Ein Quarzoszillator liefert ein heruntergeteiltes Ausgangssignal an einen zweiten Zähler, welcher das Flip-Flop zurückstellt, wenn er eine Anzahl von Impulsen aufsummiert hat, die einem festen Zeitintervall entsprechen. Durch die Rückstellung des Flip-Flops wird das Solenoid entregt und das Zeitmessgerät startet sofort erneut, so dass eine Summierung von Abweichungen vermieden wird.

Gemäss einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Impulse von einer Unruh und die heruntergeteilten Ausgangsimpulse eines Quarzoszillators einem Flip-Flop zugeführt, welches eine Reckteckimpulsfolge erzeugt, deren Impulsbreite in Abhängigkeit von der Frequenzdifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen ansteigt. Dieses Ausgangssignal wird von einer RC-Schaltung integriert, und es wird ein Schmitt-Trigger aktiviert, wenn die Spannung über dem Kondensator die Schwellwertspannung dieses Schmitt-Triggers erreicht. Daraufhin wird dann für ein kurzes Zeitintervall,dessen Länge durch einen monostabilen Multivibrator bestimmt wird, das Solenoid erregt, um die Unruh zu stoppen. Nach Ablauf des Zeitintervalls beginnt die Unruh dann wieder zu schwingen.

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Das erfindungsgemässe Zeitmessgerät besitzt also den Vorteil, dass es durch einen Quarzoszillator als Zeitnormal synchronisiert ist.

Weiterhin besitzt das erfindungsgemässe Zeitmessgerät den Vorteil, dass es in Abständen synchronisiert wird, um eine zunehmende Gangabweichung infolge des zu schnell schwingenden Antriebsorgans zu verhindern.

Schllesslich ist es ein Vorteil des erfindungsgemässen Zeitmessgeräts, dass Einrichtungen zum Stoppen der Unruh für einen vorgegebenen Zeitraum und zum Freigeben der Unruh nach Ablauf dieses Zeitraums vorgesehen sind, wobei diese Zeiträume durch den synchronisierenden Quarzoszillator bestimmt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind
Gegenstände der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Zeitmessgeräts,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Zeitmessgeräts,

» Fig. 3 eine graphische Darstellung der Impulsfolge am

Punkt A, d.h. am Ausgang des Flip-Flops des Zeitmessgeräts gemäss Fig.2.

Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen
erfindungsgemässer Zeitmessgeräte bzw. Uhren ist jeweils eine Unruh 10 vorhanden, welche mit Hilfe eines als Zeitnormal die-

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> nenden Quarzoszillators 11 synchronisiert wird. Da die Einzelheiten einer solchen Uhr, abgesehen von den erfindungsgemässen Besonderheiten, bekannt sind, sollen sie im Zusammenhang .mit der vorliegenden Beschreibung nicht näher erläutert werden. Es ist nämlich beispielsweise bekannt, dass die Unruh 10 mit dem Räderwerk der Uhr gekoppelt ist und dem Antrieb der Zeiger dient. Eine Synchronisierung der Uhr im Interesse einer verbesserten Genauigkeit kann somit erreicht werden, indem man die Bewegung der Unruh 10 reguliert.

Betrachtet man nunmehr Fig.l der Zeichnung genauer, so erkennt man, dass an der Unruh 10 ein Federelement 12 angebracht ist, welches von deren Umfang nach aussen absteht. Die Unruh 10 schwingt normalerweise mit einer niedrigen Frequenz, welche einem ersten Zähler 13 zugeführt wird. In einem typischen Fall schwingt die Unruh 10 mit einer Frequenz von (3+6) Hz, wobei £ eine geringfügige Abweichung der Frequenz der Unruh 10 von der genauen Frequenz bedeutet. Der erste Zähler 13 ist so ausgelegt, dass er bis zu N Impulse zählt» deren Auftreten theoretisch einem festen Zeitintervall entspricht. Die Beziehung zwischen der Anzahl von Impulsen N und der Abweichung B ist so, dass folgende Gleichung gilt: N>^·.

Der !erste Zähler /ist mit einem Flip-Flop 14 verbunden, welches normalerweise ein niedriges Ausgangssignal liefert, jedoch ein hohes . . Ausgangssignal liefert, wenn der erste Zähler 13 N' Impulse gezählt hat. Hierdurch wird ein Solenoid 16 erregt, . welches ein. bewegliches Element 17 nach unten treibt, so dass ^es in den Weg des Federelementes 12 gelangt, wodurch die Unruh 10 gestoppt wird. Normalerweise wird die Anordnung dabei so getroffen, dass die Unruh 10 in der Nähe ihrer maximalen Auslenkung angehalten wira oder im Totpunkt selbst.

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Das hochfrequente Ausgangssignal eines als Zeitnormal dienenden Quarzoszillators 11 wird über einen Frequenzteiler 18 einem zwei ten Zähler 19 zugeführt. Die Resonanzfrequenz -des Schwingquarzes kann bei etwa 60 kHz liegen und wird dann von dem Frequenzteiler 18 auf 3/000 Hz heruntergeteilt. Wenn der zweite Zähler 19 den Zählerstand N erreicht, wird das Solenoid 16 entregt und die Unruh startet sofort erneut. Gleichzeitig mit dem Entregen des Solenoids 16 werden beide Zähler 13 und 19 zurückgestellt. Die Unruh ist so ausgelegt, dass die Uhr normalerweise vorgeht, so dass der jeweils aufgetretene Gangfehler ausgeglichen wird, wenn die Unruh 10 gestoppt wird. Das Anhalten der Unruh ist so kurzfristig, dass es beim Betrachten der Uhr nicht auffällt. Ferner soll darauf hingewiesen werden, dass die Zähler 13 und 19 zu einem einzigen Vorwärts-Rückwärts-Zähler kombiniert werden könder bei einem Zählerstand N>1 anspricht.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig.2, welches, was den Aufbau der Uhr anbelangt, dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig.l ähnlich ist, werden von den Schwingungen der Unruh 10 abgleitete Impulse einem Flip-Flop 21 zugeführt. Die normale Schwingfrequenz der Unruh 10 beträgt (3 +£) Hz, wobei £ die Abweichung von der genauen Frequenz darstellt, welche sich infolge der Tatsache ergibt, dass die Uhr so eingestellt ist, dass sie vorgeht.

Der Quarzoszillator 11 liefert eine Impulsfolge hoher Frequenz an den Frequenzteiler 18, welcher an seinem Ausgang eine Impulsfolge mit einer Frequenz von 3,000 Hz liefert. Die Impulsfolge vom Ausgang des Frequenzteilers 18 wird einem zweiten Eingang des Flip-Flops 21 zugeführt. Damit entsteht am Ausgang A des Flip-Flops 21 eine Impulsfolge, wie sie in Fig.3 dargestellt ist. Dieser Figur der Zeichnung entnimmt man, dass die Breite der Rechteckimpulse 24 infolge der Frequenzdifferenz zwischen der durch die Unruh 10 erzeugten Impulsfolge und der Impulsfolge am Ausgang des Frequenzteilers 18 mit der Zeit zunimmt,und zwar beginnend von einer Breite W. bis zu einer Breite W,.

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Die- Impulsfolge am Ausgang des Flip-Flops '21 wird durch eine RC-Schaltung aus einem Widerstand 26 und einem Kondensator 27 integriert. Wenn die Spannung über dem Kondensator den Schwell-' wert eines Schmitt-Triggers in einer Schaltungsanordnung 28 erreicht, deren Eingang mit der RC-Schaltung verbunden ist, wird das Solenoid 16 für ein kurzes, festes Zeitintervall T erregt, dessen Dauer von einem monostabilen Multivibrator der Schaltungsanordnung 28 bestimmt wird. Das bewegliche Element 17 wird hierdurch in Eingriff mit dem Federelement 12 gebracht, um die Unruh 10 .für die Dauer der Zeit T anzuhalen. Die Dauer des Zeitintervalls T ist unkritisch. Sie beträgt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weniger als 1/6 Sekunde. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ferner der Kondensator 27 bei Ansprechen des Schmitt-Triggers der Schaltungsanordnung 28 zumindest nahezu vollständig entladen.

Während eines Zeitraums von 24 Stunden muss das Solenoid 16 erregt werden, um die Anzahl von Sekunden zu kompensieren, um welche die Uhr infolge ihrer Regulierung vorgehen würde. Der Leistungsbedarf des erfindungsgemäseen Zeitmessgerätes wird unter diesen Bedingungen für vernünftig erachtet, da keine kontinuierliche Korrektur erforderlich ist. Wenn die Uhr beispielsweise zwei Minuten pro Tag vorgehen würde und die Stromaufnahme des Solenoids bei einer Spannung von 1,5 V zwei Milliampere betragen würde, dann betrüge der Strombedarf 24 Milliamp'erestunden pro Jahr.

Die Zeitdauer zwischen dem Stillsetzen und dem Freigeben der Unruh i¥?^lB^g|^rißf, dass sie für den Benutzer nicht wahrnehmbar ist. Es wird daher mit grösstem Vorteil eine intermittierende Korrektur angewandt. Die vorstehend erläuterte Erfindung kann auch in Verbindung mit üblichen Kontaktuhren oder elektronischen Uhren angewandt werden, in denen dann der dem Antrieb dienende Verstärker ein- und ausgeschaltet wird. Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele

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lediglich als solche zu betrachten sind und den Erfindungsgedanken keineswegs einschränken sollen. Ausgehend von dem Grundgedanken der Erfindung stehen nämlich dem Fachmann zahlreiche andere Ausführungsmöglichkeiten zur Verwirklichung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips zur Verfügung.

Ferner ^ersteht es sich, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig.l die Zähler 13 und 18 vor Beginn jedes neuen Korrekturzyklus durch die Wechsel des Ausgangspotentials am FliP~Fl°P 14 auf Null zurückgestellt werden, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist. Zur Erzeugung einer Impulsfolge mit der Schwingungsfrequenz der Unruh stehen dem Fachmann eine Vielzahl von technischen Möglichkeiten zur Verfügung, beispielsweise die Induzierung von Spannungsstössen in einer Abtastspule, an der ein auf der Unruh befestigter Magnet vorbeigeführt wird.

Der Einfachheit halber wurden daher die entsprechenden Einrichtungen in den Fig. 1 und 2 nicht näher erläutert, sondern sind als Teil der durch den Block 10 dargestellten Unruhanordnung betrachtet worden.

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Claims

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Patentansprüche:

1. Zeitmessgerät, insbesondere Uhr, mit einem mit relativ niedriger Frequenz schwingenden Oszillator als Antriebsorgan und mit einem Hochfrequenz-Oszillator als Zeitnormal, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Antriebsorgans &o)_zu hoch ist und dass Einrichtungen (Fig.l; Fig.2) vorgesehen sind, um das Antriebs-

U±}i£cii__dLie, organ (1O) in Abständen so lange stillzusetzerrbis dier zu hohe Frequenz des Antriebsorgans (io) gegenüber der Frequenz des Zeitnormals (11) hervorgerufene Voreilung des Zeitmessgerätes zumindest annähernd wieder ausgeglichen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erste Einrichtungen vorgesehen sind, um eine erste Impulsfolge , mit der Schwingungsfrequenz des Antriebsorgans (10) oder einer davon abgeleiteten Frequenz zu erzeugen und dass zweite Einrichtungen vorgesehen sind, um eine zweite Impulsfolge mit der Schwingungsfrequenz des Zeitnormals (11) oder einer davon abgeleiteten Frequenz zu erzeugen.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zähler (13) vorgesehen ist, der die Impulse der ersten Impulsfolge zählt, dass ein zweiter Zähler (19) vorgesehen ist, der die Impulse der zweiten Impulsfolge zählt, dass Blockiereinrichtungen vorgesehen sind, um das Antriebsorgan (10) bei einem vorgegebenen Zählerstand des

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ersten Zählers (13) stillzusetzen und um das stillgesetzte Antriebsorgan (10) bei Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes des zweiten Zählers (19) wieder freizugeben.

4. Gerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan eine Schwingungsfrequenz von (f +"£) Hz und die erste Impulsfolge dieselbe Frequenz besitzt, dass die zweite Impulsfolge eine Frequenz von* f Hz besitzt und dass der vorgegebene Zählerstand für den ersten Zähler (13) und den zweiten Zähler (19) den gleichen Wert (N) beträgt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzteiler (18) vorgesehen ist, der die Frequenz des Zeitnormals (11) auf. eine Frequenz von f Hz herunterteilt.

6. Gerät nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtüngen eine Schalteinrichtung umfassen, welche durch den ersten Zähler (13) und den aweiten Zähler (19) betätigbar ist, dass sie ein Solenoid (16) umfassen, dessen Erregung durch die Schalteinrichtung steuerbar ist und dass durch das Solenoid (16) ein Element (17) betätigbar ist, welches für die Dauer der Erregung des Solenoid (16) das Antriebsorgan (10) stillsetzt.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein Flip-Flop (14) ist, dessen Eingänge mit jeweils einem der beiden Zähler (13, 18) verbunden sind

' und über dessen Ausgang die Erregung des Solenoids (16) steuerbar ist.

8. Gerät nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Zähler (13) aus einem Vorwärts- und Rückwärtszähler bestehen.

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9. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zum Kombinieren der ersten und der zweiten Impulsfolge vorgesehen sind und dass Blockiereinrichtungen vorgesehen sind, um das Aritriebsorgan für eine vorgegebene Zeit anzuhalten und es nach Ablauf dieser Zeit wieder freizugeben .

10. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan (10) eine Schwingungsfrequenz von (f + £) Hz und die erste Impulsfolge dieselbe Frequenz besitzt, dass die zweite Impulsfolge eine Frequenz von f Hz besitzt, dass die beiden Impulsfolgen jeweils einem Eingang eines Flip-Fldps (21) zugeführt werden, dass mit dem Ausgang des Flip-Flops eine Integrationsschaltung (26, 27) verbunden ist, welche das Ausgangssignal des Flip-Flops (21) integriert, das eine Triggerschaltung vorgesehen ist, welche anspricht, wenn das durch die Integrationsschaltung {26, 27) integrierte Ausgangssignal einen vorgegebenen Pegel erreicht, und dass mit der Triggerschaltung Blockiereinrichtungen verbunden sind, welche das Antriebsorgan für ein vorgegebenes Zeitintervall anhalten, wenn die Triggerschaltung (26, 27) angesprochen hat.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtungen einen monostabilen Multivibrator umfassen, der durch die Triggerschaltung steuerbar ist und dass sie ein Solenoid (16) umfassen, welches durch den monostabilen Multivibrator derart steuerbar ist, dass es das Antriebsorgan (10) jeweils für vorgegebene Zeitintervalle anhält.

12. Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzoszillator ein Quarzoszillator ist.

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13. Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan eine Unruh ist.

14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang der Unruh ein Federelement (12) angebracht ist, welches/dem durch das Solenoid (16) betätigbaren Element (17) bei erregtem Solenoid (16) in Eingriff gelangt.

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