DE2255705C2 - Elektronische Armbanduhr - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Armbanduhr mit einer Stromquelle und mindestens einer integrierten Sch^'"ns. in der mit Hilfe eines Frequenznormals ein Signal von dessen Frequenz und aus diesem Signal durch Frequenzteilung ein Signal von wenigstens einem Impuls pro Sekunde zum Betrieb eines Schrittmotors, der die Zeitanzeigevorrichlung im Rhythmus dieser Impulse antreibt, erzeugt werden und die auf einer gedruckten Schaltung montiert ist, an die die Stromquelle und der Schrittmotor angeschlossen sind.

Bekannte Uhren dieser Art, bei denen alle Bestandteile sehr geringe Abmessungen haben müssen, stellen Probleme bei Montage und Verdrahtung. Insbesondere ist es wünschenswert, daß der rein elektronische und die übrigen elektrischen Toile unabhängig voneinander entfernt werden können; und es ist wichtig, weitgehend zu vermeiden, Lotungen /um elektrischen Verbinden der Teile untereinander durchführen zu müssen, wenn die Uhr bereits fertig montiert ist.

Die Verwendung ".incr gedruckten Schaltung gestattet bereits in bekannter Art in: ; Weise, einen großen Teil der Verdrahtungsaibcit /u sparen. Die Elektronikelemcnte, z.B. die iniegriene(n) Schallung(en), die auf der gedruckten Schaltung montiert sind, können an diese gelötet werden, solange sie noch nicht in der Uhr montiert sind. Die Montage von Elementen auf einer gedruckten Schaltung erfordert, daß diese Schaltung eine gewisse Steifheit besitzt als Voraussetzung für sichere und stoßfeste Befestigung des Ganzen. Wenn die integrierte Schaltung auf einer gedruckten Schaltung befestigt wäre, welche keine genügende Steifheit besitzt, würde /. R. das Auftreten ".on Stößen ungleich verteilte Spannungen verursachen und daher ein größeres Beschädigungsrisiko schaffen. Die üblicherweise verwendeten gedruckten Schaltungen haben die gewünschte Steifheit und sind daher in diesem Punkt befriedigend. Um an die gedruckte Schaltung Bauteile anschließen zu können, die nicht auf ihr montiert werden, benutzt man bei bekannten Uhren mit steifen gedruckten Schaltungen eine Verbindung durch biegsame Leitungen, die meistens auf die gedruckte Schaltung gelötet sind. Wenn diese Bestandteile zum elektronischen Ganzen gehören, wie z. B. das Frequenznormal, so stellt dieses Löten keine Schwierigkeit dar; man kann es vor der Montage durchführen und beim Einsetzen des elektronischen Ganzen werden die gedruckte Schaltung, die von dieser getragenen Elemente und die von ihr nicht getragenen, aber bereits an sie fest angeschlossenen Elemente in ein und demselben Arbeitsgang in die Uhr montiert. Bei den elektrischen, z.B. elektromechanischen Bauteilen der Uhr, die von dem elektronischen Ganzen getrennt sind, mit diesem abei

eine elektrische Verbindung haben müssen, d. h. insbesondere beim Schrittmotor und auch bei der Stromquelle, erweist sich die Verwendung von zu lötenden Leitungen als unbequem und hat den großen Nachteil, daß Lötungen in der Uhr selbst durchgeführt werden müssen, wobei diese Lötungen übrigens bei jedem Entfernen der gedruckten Schaltung oder der von ihr unabhängigen elektrischen Bauteile gelöst und wieder neu hergestellt werden müssen. Man kann natürlich anstelle von Lötungen Verbindungen durch Verbindungselemente verwenden, die aut Dauer befestigt sind, einerseits am Ende von Leitungen, andererseits entweder auf der gedruckten Schaltung oder auf dem an diese anzuschließenden Ele ment Eine solche Konstruktion bleibt jedoch kompliziert und sperrig.

Man könnte daran denken, eine direkte Verbindung durch Verbindungselemente ohne Verwendung von Leitungen herzustellen; diese Lösung erweist sich jedoch als ungünstig auf Grund d-:r Steifheit der gedruckten Schaltung, die bei einem Anschluß ohne biegsame Leitungen an ein starr in der Uhr montiertes Bauteil das Vorhandensein von — unvermeidbaren — Toleranzen der Lage der Verbindungselemente ausschließt.

Man kennt zwar biegsame gedruckte Schaltungen mit etwa 0,1 mm Dicke, die zum Ersetzen von leitenden Drähten bei der Verkabelung von Geräten Verwendung fanden, die jedoch — da sie nicht steif sind — nicht geeignet sind, um auf ihnen elektronische Bestandteile zu montieren, wie z. B. eine integrierte Schaltung. Diese biegsamen gedruckten Schaltungen, deren Verwendung als einfache Verbindungen interessant ist, konnten daher nicht als gedruckte Schaltungen verwendet werden, die gleichzeitig als Verdrahtung und als Träger für die Bauteile dienen, wie das bei steifen gedruckten Schaltungen üblich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Armbanduhr der eingangs genannten Art zu liefern, bei der das Problem der leitenden Verbindungen zwischen der die elektronischen Bauteile tragenden gedeckten Schallung und an diese anzuschließenden Bauteilen, insbesondere dem Schrittmotor, vorteilhaft gelöst ist, ohne daß die Verwendung von an Ort und Stelle zu lötenden oder anderweitig anzuschließenden Leitungen notwendig ist, und wobei sowohl die gedruckte Schaltung, als auch die mit ihr zu ver bindenden Bauteile leicht entfernt und wieder eingesetzt werden können.

Hierzu schlägt die vorliegende Erfindung eine Armbanduhr der eingangs genannten Art vor. die dadurch gekennzeichnet ist, daß die gedruckte Schaltung als biegsame gedruckte Schaltung ausgeführt ist, bei der mindestens der Teil, auf dem die integrierte Schaltung montiert wird, durch eine Versteifungsplatte verstärkt ist und bei der mindestens derjenige Teil, an dem der Schrittmotor angeschlossen wird, ohne Versteifungsplatte bleibt und elektrische Verbindungselemente mindestens für den Schrittmotor trägt, so daß das Anschließen und Trennen des Schrittmotors an die bzw. von der gedruckten Schaltung durch ciniaches Biegen des biegsam gelassenen Teiles der gedruckten Schaltung möglich wird, indem die Verbindungselemente sich beim Biegen des biegsamen Teiles uei gedruckten Schaltung mit ihnen entsprechenden, fest mit dem Schrittmotor verbundenen Anschlußelementen in Eingriff oder außer F.incriff kommen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführangsart, bei der man einen Platzgewinn z. B. unter dem biegsamen Teil der gedruckten Schaltung erzielen kann, ist die Armbanduhr außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der biegsam gelassene Teil der gedruckten Schaltung zum Teil in einer anderen Ebene als derjenigen des verstärkten Teils dieser gedruckten Schaltung liegt, wobei der biegsame Teil mindestens einen dauerhaften Falz aufweist, der an einer Stelle ange bracht ist, an der die Dicke des Kupfers auf dem biegsamen isolierenden Träger der gedruckten Schaltung im Verhältnis zur Dicke dieses isolierenden Trägers so groß ist, daß die Verformbarkeit des Kupfers die Dauerhaftigkeit des Falzes gewährleistet.

Zur Erleichterung des Ein- und Ausbaues ist die Armbanduhr vorteilhaft auch dadurch gekennzeich net, (laß der Schrittmotor mindestens teilweise unter dem Teil der gedruckten Sch^Hung sitzt, der biegsam gelassen wurde, wobei die Lage des Schrittmotors in bezug auf den biegsamen und den verstärkten Teil der gedruckten Schaltung im Hinh'ick auf die höchstmögliche elastische Biegung, die die biegsame gedruckte Schaltung ohne Gefahr aushalten kann, derart ist, daß eine elastische Biegung des biegsamen Teils es gestattet, den nötigen Durchgang zum Herausnehmen des Schrittmotors freizugeben.

Mit Hilfe der Zeichnungen ,vird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Gesamtansicht einer elektronischen Armbanduhr vom Boden des Uhrengehäuses, nachdem dieser Boden entfernt wurde.

F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht der gedruckten Schaltung, mit der die in Fig. 1 dargestellte Uhr ausgestattet ist, mit einer Vcrsteifungsplatte unter einem Teil dieser gedruckten Schallung. Y i g. 1 stellt eine Armbanduhr dar, die mit 1 bezeichnet ist. Diese Figur zeigt in vereinfachter Art die Anordnung c!cr verschiedenen elektronischen und sonstigen Bauteile in der Armbanduhr, so wie man sie vom Boden des Uhrengchäirscs sehen würde, wenn dieser Boden entfernt w^y.re.

Man sieht in Fig. 1 ein Frequenznormal 2, bestehend aus einem Quarzkristall. Man sieht ferner eine gedruckte Schaltung 3 mit zwei Teilen 3a und 3b, wobei diese gedruckte Schaltung eine biegsame gedruckte Schaltung ist mit einer Gesamtdicke (Träger aus isolierendem Material und Kupfer) von ungefähr ¹Z₁₀ mm. Teil 3 a der gedruckten Schaltung wird durch eine Versteifungsplatte 4 verstärkt, welche unscr die gedruckte Schallung geklebt wird. F i g. 2 zeigt auf genauere Art und Weise, wie die gedruckte Schaltung und die Versteifungsplatte zueinander angeordnet sind; man versteht die in F i g. I gezeigte Anordnung besser, wenn man gleichzeitig die pcr-

5:> spektivische Ansicht von F ig. 2 betrachtet.

Die biegsame gedruckte Schaltung ist ?.. B. aus verkupfertem Polyamid-Material. Diese gedruckte Schaltung, deren Dicke etwa '/,„mni beträgt, ist sehr biegsam und wäre — so wie sie ist — nicht zur Befe-

6( stigung vin elektronischen Bestandteilen geeignet. Die Versteifungsplatte4, die in Fig. 1 und noch besser in Fig. 2 zu sehen ist, verleiht dem Teil 3a der biegsamen gedruckten Schaltung eine Steifheit, die mit derjenigen der üblichen gedruckten Schaltung

6;-, vergleichbar ist. Diese Versteifungsplatte 4 wird vorteilhaft unter Teil 3 a der biegsamen gedruckten Schaltung geklebt; sie ist vorzugsweise aus Epoxydglas oder aus eloxiertem Aluminium; bei dieser

Platte verwendet man am besten ein isolierendes Material oder ein nicht isolierendes, aber isoliertes Material; diese Voraussetzung ist jedoch nicht zwingend.

Man sieht, daß auf dem verstärkten Teil 3 α der gedruckten Schaltung 3 eine integrierte Schaltung 5 montiert ist. Diese integrierte Schaltung besitzt im Miniaturmaßstab alle Elcktronikelemente, die notwendig sind, um eine Schwingung mit hoher Frequenz mit Hilfe des Quarz-Frequenznormals 2 zu erzeugen, um dann diese Frequenz zu teilen (z. B. in bekannter Weise mit Hilfe von Flip-Flop-Elementen, welche mit MOS-FeldeSekttransistoren aufgebaut sein können, bis zu einer Frequenz von z. B. 1 Hz, und um schließlich bei dieser Frequenz die notwendigen Impulse zum Vorrücken eines Schrittmotors 6 zu liefern. Der Schrittmotor 6 ist an sich bekannt.

Bei der hier beschriebenen elektronischen Armbanduhr sind die elektrischen Verbindungen zwischen der gedruckten Schaltung 3 und dem Schrüimotor6 ohne biegsame leitende Drähte ausgeführt, mit Hilfe von zwei Anschlußelementen 7, welche die Form von kleinen Zangen haben und auf dem Teil 36 der gedruckten Schaltung 3 befestigt werden. Die Klemmteile dieser Zangen 7 stehen über die gedruckte Schaltung so heraus, daß zwei elektrisch leitende Spitzen 8, welche die beiden Anschlußclemcnte des Schrittmotors 6 bilden, eingreifen, um die elektiischen Verbindungen zwischen diesem Motor und der gedruckten Schaltung herzustellen. Ein Teil des Motors 6 ist durch Teil 3 b der gedruckten Schaltung bedeckt, welcher — da er unter sich keine Versteifungsplatte hat — die Biegsamkeit der gedruckten Schaltungen des biegsamen Stücks beibehält. Die Anschlußelemente 8 ragen aus dem Schrittmotor an den Stellen heraus, die nicht unter dem Teil 3 b der gedruckten Schaltung liegen, und die ziemlich genau in der Ebene den Stellen entsprechen, an denen sich die Greifteile der Zangen 7 befinden. Eine der Voraussetzungen zur Herstellung einer geeigneten elektrischen Verbindung ist, daß mindestens eines der in Kontakt kommenden Elemente eine gewisse Positionierungsbiegsamkeit hat. Dies wird im vorliegenden Fall dadurch erreicht, daß Teil 3 b der gedruckten Schaltung biegsam ist. Um den Schrittmotor 6 von der gedruckten Schaltung zu trennen, genügt es also, auf diesen Teil 3 b eine senkrecht zur Ebene von F i g. 1 nach oben gerichtete Biegung anzuwenden, so daß die Greifteile der Zangen 7 aus dem Eingriff mit den Spitzen 8 kommen. Der Ein- und Ausbau von an die gedruckte Schaltung anzuschließenden Bauteilen kann also auf sehr einfache Art und Weise erfolgen, ohne daß Lötungen vorzunehmen sind, wenn diese Bauteile einmal in der Uhr montiert sind. Um den Schrittmotor 6, dessen einer Teil hinter dem biegsamen Teil 3 b der gedruckten Schattung verborgen ist, zu entfernen, kann man — nachdem man diesen Teil 3 b leicht gebogen hat, um die Zangen 7 von den Spitzen 8 zu trennen — diesen Teil 3 6 noch weiter biegen, so daß der Durchgang des Schrittmotors senkrecht zur Ebene der Abbildung freigegeben wird. Die Anordnung des Schrittmotors in bezug auf die gedruckte Schaltung muß jedoch so sein, daß diese Biegung zur Freigabe des Durchgangs für den Motor erfolgen kann, ohne die Belastungsgrenze zu überschreiten, die die biegsame gedruckte Schaltung ohne Schaden aushalten kann.

Bei der in F i g. I dargestellten Uhr hat man, um für das vom Schrittmotor angetriebene Räderwerk Platz zu gewinnen, die Ebene, auf der sich der biegsame Teil 3 ft der gedruckten Schaltung befindet, gegenüber der Ebene, auf der sich der vustärkte Teil 3a dieser gedruckten Schaltung befindet, höher gelegt. Aus diesem Grund hat man vor dem Einbau die biegsame gedruckte Schaltung bei 3< doppelt gefaltet. Dies ist in F i g. 2 hoch besser zu ίο sehen. Um diese Faltung dauerhaft auszuführen, nutet man mit der Verformbarkeit des Kupfers, das die biegsame gedruckte Schaltung bedeckt, und aus diesem Grund sind an der Stelle dieses Falzes 3 c die auf der gedruckten Schaltung vorhandenen verkupferlen Leiter von einer solchen Dicke, daß sie minde stens einem Viertel der Dicke des isolierenden Tragers der biegsamen gedruckten Schaltung beträgt. Wenn der Querschnitt des Kupfers im Verhältnis zum Querschnitt des isolierenden Trägers zu gering wäre, wäre es schwierig oder sogar unmöglich, den Falz 3 ( so zu bilden, daß er dauerhaft bleibt.

In Fig. 1 sieht man, außer den bereits erwähnten Elementen, noch ein Kontaktelemcnt 11, welches mit Hilfe einer Spitze 10 und einer Zange 9, ähnlich den as Spitzer fj und den Zangen 9, die Spannung auf die gedruckte Schaltung führt. Diese Spannung wird von einer Zelle 12 geliefert, die durch einen Klemm flansch 13 gehalten wird; eiiter der Zellcnpole ist über den Klemmflansch 13 ap, Masse gelegt, der andere Pol liegt an einem Zellenkontakt 14, der seiner seits mit einer Stelle der gedruckten Schaltung 3 in Kontakt kommt, und zwar in dessen verstärktem Teil 3 a. Der Zellenkontakt 14 ist natürlich von der Masse isoliert und führt daher auf die gedruckte Schaltung eine von der Masse verschiedene Spannung; um die beiden Pole an die gedruckte Leitung zu legen, genügt es, einen Leiter dieser gedruckten Schaltung mit Masse zu verbinden; dies wird mit dem Kontaktelemcnt 11 durchgeführt, welches mit der Masse und daher mit dem anderen Zellenpol über den Klemmflansch 13 verbunden ist.

In F i g. 1 sieht man noch ein Einstellelement für

die Frequenz des Normalfrequenzoszillators; dieses Element ist ein variabler Miniaturkondensator 16.

der auf den verstärkten Teil 3 a der gedruckten

Schaltung montiert ist.

Die gedruckte Schaltung wird in der Uhr .nit Hilfe von zwei Befestigungsschrauben 17 befestigt, welche durch den verstärkten Teil dieser gedruckten Schaltung sowie durch die Versteifungsplatte unter diesem verstärkten Teil gehen; um die gedruckte Schaltung zu entfernen, muß man also diese beiden Schrauben 17 lösen, ebenso eins Schraube 18, die mit Hilfe eines Klemmflansches 15 das Frequenznormal 2, das durch biegsame Leitungen mit der gedruckten Schaltung verbunden ist, an Ort und Stelle hält. Man kann also, nachdem man vorher die Zelle entfernt hat, das Ganze, das aus der gedruckten Schaltung, den vor ihr getragenen Elementen (integrierte Schaltung* und variabler Kondensator 16) und dem mit diesei gedruckten Schaltung verbundenen Frequenznor mal 2 besteht, herausnehmen. Um die elektrisch« Zelle 12 zu entfernen, muß man außerdem eine Befe stigungsschraube 19 lösen, welche den Klcnimflansd 13 der Zelle hält.

Das Räderwerk 20, das vom Schrittmotor ange trieben wird und die Zeiger für die Uhrzeit (Stunden Minuten und Sekunden) sowie eventuelle Datumsan

gabeelemente vorrückt, ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Sein Platzbedarf kann tatsächlich verschieden von dem auf der Abbildung angegebenen sein.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß die Linien der Kupferleitungen der gedruckten Schaltung, welche auf der in F i g. 1 dargestellten gedruckten Schaltung •ingezeichnet sind, auf dieser Abbildung nur dargestellt wurden, um das Verständnis zu verbessern, intm gezeigt wird, daß Element? eine gedruckte haltung ist. Diese Linien sind nicht als tatsächlich den Verbindungslinien für die verschiedenen elektronischen und/oder die verschiedenen Verbindungselemente entsprechend anzusehen. Die Linienführung

der Verbindungen der gedruckten Schaltung der elektronischen Uhr könnte ebenso gut ( und wird es in der Praxis wahrscheinlich auch sein) verschieden von der auf Abb. 1 dargestellten Art sein, und zwar sowohl hinsichtlich der Zeichnung dieser Linienführung als auch hinsichtlich der verschiedenen Verbindungspunkte der Bestandteile, die durch diese Linienführung verbunden werden.

Die vorstehend beschriebene elektronische Armbanduhr weist so bedeutende Vorteile hinsichtlich ihrer Montage und der Einfachheit ihrer Konstruktion auf; sie gestattet eine unabhängige Montage der mechanischen Bestandteile einerseits und der elektronischen Bestandteile andererseits.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409683/303

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronische Armbanduhr mit einer Stromquelle und mindestens einer integrierten Schaltung, in der mit Hilfe eines Frequenznormals ein Signal von dessen Frequenz und aus diesem Signal durch Frequenzteilung ein Signal von wenigstens einem Impuls pro Sekunde zum Betrieb eines Schrittmotors, der die Zeitanzeigevorrich-tung im Rhythmus dieser Impulse antreibt, erzeugt werden und die auf einer gedruckten Schaltung montiert ist, an die die Stromquelle und der Schrittmotor angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Schaltung als biegsame gedruckte Schaltung ausgeführt ist, bei der mindestens der Teil, auf dem die integrierte Schaltung montiert wird, durch eine Versteifungsplatte verstärkt ist, und bei der mindestens derjenige Teil, an dem der Schrittmotor angeschlossen wird, ohne Versteifungsplatte bleibt und elektrische Verbindungselemente mindestens für den Schriltmotor trägt, so daß das Anschließen und Trennen des Schrittmotors an die bzw. von der gedruckten Schaltung durch einfaches Biegen des biegsam gelassenen Teils der gedruckten Schaltung möglich wird, indem die Verbindungselemente sich beim Biegen des biegsamen Teils der gedruckten Schaltung mit ihnen entsprechenden fest mit dem Schrittmotor verbündenen Anschlußelemcnten in Ei. criff oder außer Eingriff kommen.

2. Armbanduhr gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsplatte aus Epoxydglas oder eloxiertem Aluminium hergestellt ist und unter denjenigen Teil der gedruckten Schaltung, den sie verstärkt, geklebt wird.

3. Armbanduhr gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der biegsam gelassene Teil der gedruckten Schaltung zum Teil in einer anderen Ebene als derjenigen des Verstärkten Teils dieser gedruckten Schaltung liegt, wobei der biegsame Teil mindestens einen dauerhaften Falz aufweist, der an einer Stelle angebracht ist, an der die Dicke des Kupfers, das auf dem biegsamen isolierenden Träger der gedruckten Schaltung aufgebracht ist, im Verhältnis zur Dicke dieses isolierenden Trägers so groß ist, daß die Verformbarkeit des Kupfers die Daucrhaftigkeit des Falzes gewährleistet.

4. Armbanduhr gemäß Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da.ß an der Stelle des Falzes die biegsame gedruckte Schaltung eine Dicke des Kupfers aufweist, die mindestens einem Viertel der Dicke seines biegsamen isolierenden Trägers gleich ist.

5. Armbanduhr gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, dladurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor mindestens teilweise unter dem biegsamen Teil d«:r gedruckten Schaltung liegt, wobei die Lage des Schrittmotors in Bezug auf den biegsam gelassenen und den verstärkten Teil der gedruckten Schaltung im Hinblick auf die größtmögliche elastische Biegung, die ohne Gefahr von der biegsamen gedruckten Schaltung ausgehalten werden kann, so ist, daß eine elastische Biegung des biegsamen Teils es ermöglicht, den nötigen Durchgang zum Herausnehmen des Schrittmotors freizugeben.

6. Armbanduhr gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der biegsam gelassene Teil der gedruckten Schaltung noch ein oder zwei elektrische Verbindungselemente zum Anschluß der Stron quelle trägt.