DE2300357A1

DE2300357A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur verringerung des stromverbrauchs einer batteriegetriebenen uhr

Info

Publication number: DE2300357A1
Application number: DE2300357A
Authority: DE
Inventors: Eugene R Keeler
Original assignee: Timex Corp
Current assignee: Timex Group USA Inc
Priority date: 1972-01-10
Filing date: 1973-01-04
Publication date: 1973-07-19
Also published as: BE793821A; AU464584B2; SE402029B; JPS4881567A; GB1394482A; CH556053A; CH29773A4; FR2167916A1; CA993091A; FR2167916B1; IT976805B; JPS5223749B2; US3745760A; NL7300296A; AU5095973A

Description

DR-INQ. ΟΙΡΙ-.-ΙΝβ. M. *C. OIPU..-PHYS. DR.

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER

39 922 b PATENTANWALTElNSTUTTaART 2 30 O 3

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TIMEX CORPORATION

WATERBURY, Connecticut, USA

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Verringerung des Stromverbrauchs einer batteriegetriebenen Uhr

,Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des Stromverbrauchs einer batteriegetriebenen Uhr mit einem beweglichen Antriebsorgan und mit einer elektrischen Steuerschaltung sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Quarzuhren, die mit Einrichtungen versehen sind, um eine Erschöpfung der Batterie während der Lagerung der Uhren zu vermeiden.

Bei batteriegetriebenen Uhren ist es vorteilhaft, Einrichtungen vorzusehen, um die Lebensdauer der Batterie bei Lage rung der Uhr möglichst groß zu halten, so daß der Endverbraucher eine Uhr kauft, bei der die Energieversorgung für

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eine relativ lange Zeit sichergestellt ist. üblicherweise ist ein Schalter bzw. eine Sicherung vorgesehen, um die Batterie' während der Lagerung der Uhr von deren Antrieb zu trennen. Eine typische Anordnung dieser Art zeigt beispielsweise die US-Patentschrift 3 200 578, wo ein solcher Schalter einen Transistor kurzschließt, wodurch das Antriebsorgan der elektrischen Uhr stillgesetzt wird. Ein anderes Beispiel für vorbekannte Anordnungen dieser Art findet sich in der US-Patentschrift 3 526 088.

Bei sehr genauen Quarzuhren ist es jedoch erforderlich, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Batterie abgetrennt werden kann, ohne daß die Genauigkeit der Uhr ungünstig beeinflußt wird. Mechanische Schalter sind nun aber häufig empfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Verringerung des Stromverbrauchs einer batteriegetriebenen Uhr vorzuschlagen sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekannzeichnet, daß beim Ausbleiben von bei Bewegungen des Antriebsorgans auftretenden elektrischen Signalen über ein vorgegebenes Zeitintervall hinaus die elektrische Steuerschaltung zumindest teilweise von der Batterie getrennt wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich insbesondere eine Schaltanordnung bewährt, bei der ein elektronischer Schalter vorgesehen ist, um die Speisespannung bzw. die Batterie von der Steuerschaltung zu trennen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, insbesondere für Quarzuhren, umfaßt der elektronische Schalter eine Verzögerungsschaltung, welche

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die Bewegung des mechanischen Oszillators bzw. des Antriebsorgans abtastet und einen in Serie zwischen der Batterie und der Oszillator-Teiler-Schaltung nach einem vorgegebenen Zeitintervall öffnet. Die Verzögerungsschaltung wird dabei durch jeden Ausgangs-Treiber-Impuls, welcher zweimal pro Unruhschwingung auftritt, auf Null zurückgestellt. Wenn die Unruh jedoch aus ifcrer normalen Stellung herausgeführt ist, und zwar für eine Zeitdauer, welche größer ist als das im ungünstigsten Fall zu erwartende Synchronisationsintervall, erreicht die Verzögerungsschaltung das Ende ihres vorgegebenen Zeitintervalls bzw. Zeitgabezyklus und öffnet den Sehalttransistor, wodurch die Oszillator-Teiler-Schaltung abgeschaltet wird.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß eine neue und verbesserte Schalteinrichtung vorgesehen ist, die bei der Lagerung von batteriegetriebenen Uhren die Erschöpfung der Batterie derselben verhindert.

Weiterhin ist es an Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die Lebensdauer der Batterie, insbesondere einer Quarzuhr, auf diese Weise verringert wird.

Es ist schließlich auch ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß sie eine verbesserte Schaltungsanordnung vorschlägt j welche in Abhängigkeit von der Bewegung eines mechanischen Oszillators, beispielsweise einer Unruh, anspricht und die Batterie von der Schaltung trennt, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls eine Bewegung des Antriebsorgans festgestellt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß auch bei einem unbeabsichtigten Stehenbleiben der Uhr ehe weitere Entladung der Batterie zumindest weitgehend verhindert wird, was bei den bekannten Schalteinrichtungen dieser Art nicht der Fall war, da diese bewußt betätigt werden mußten und nicht automatisch ansprechen konnten.

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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sind besonders für Quarzuhren geeignet, wie sie beispielsweise in einer früheren Anmeldung der Anmelderin (deutsche Offenlegungsschrift 2 216 4O6) beschrieben sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert oäer sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem in Serie geschalteten Transistor und

Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem in einem Parallelkreis liegenden Schalter.

Wie aus Fig. 1 der Zeichnung deutlich wird, ist erfindungsgemäß ein elektronischer Schalter für eine Uhr vorgesehen, insbesondere für eine Uhr, wie sie in der oben erwähnten älteren Anmeldung der Anmelderin (deutsche Offenlegungsschrift 2 216 4O6) beschrieben wurde. Die Uhr umfaßt eine Oszillator-Teiler-Schaltung 10, welche an ihrem Ausgang eine Impulsfolge liefert, die sich durch Herunterteilen der Frequenz eines hochfrequenten Quarzoszillators ergibt. Der Ausgang der Schaltung 10 ist mit der Gate-Elektrode 12 eines Ausgangs-Treiber-Transistors 11 verbunden. Die Impulse werden zum Synchronisieren einer Unruh verwendet, indem eine Antriebsspule 17 während der Zeiten, in denen ein Kontakt 16 geschlossen ist, Impulse zugeleitet werden. Der Kontakt 16 liegt in Serie zu der Source (I¹J)-Drain (13)-Strecke des Ausgangs-Treibertransistors 11 und wird durch die oszillierende

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Unruh (nicht dargestellt) intermittierend geschlossen.

Gemäß der Erfindung ist zwischen der Source-Elektrpde 13 des Ausgang-Treibertransistors 11 und der Gate-Elektrode 20 eines Schalttransistors 19 eine Verzögerungsschaltung 18 vorgesehen. Die Source (21)-Drain (22)-Strecke des Schalttransistors 19 liegt in Serie zwischen der Stromquelle bzw. deren positivem Pol (+) und der Oszillator-Teiler-Schaltung (10).

Die erfindungsgemäße Schaltung dient dazu, eine Entladung der Batterie während der Lagerung zu verhindern, indem die Bewegung der Unruh abgetastet wird und indem die Verbindung zwischen der Stromquelle bzw. der Batterie und der Oszillator-Teiler-Schaltung (10) unter vorgegebenen Bedingungen unterbrochen wird. Wenn die Unruh in üblicher Weise angehalten wird, beispielsweise durch Herausziehen der Krone der Uhr, wird der Kontakt 16 in geöffnetem Zustand gehalten. Die Verzögerungsschaltung 18 wird normalerweise jedesmal auf Null zurückgestellt, wenn ein positiver Impuls an der Drain-Elektrode 13 des Transistors 11 erscheint. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beendet die Verzögerungsschaltung 18 jedoch ihren Zeitzyklus von etwa fünf Sekunden und öffnet den Schalttransistor 19· Die Batterie wird daher wirksam von der Schaltung getrennt.

Wenn infolge von Winkelbeschleunigungen der Uhr das Intervall, in welchem der Kontakt geschlossen ist, zeitweise gegenüber der heruntergeteilten Quarzfrequenz phasenverschoben ist, und zwar bis zu einem Punkt, an welchem der Transistor 11 während der gesamten Kontaktschließdauer gesättigt ist, beginnt die Verzögerungsschaltung ihre Zeitgabefunktion. Mit anderen Worten kann die Verzögerungsschaltung 18, welche normalerweise die Bewegung der Unruh abtastet und zurückgestellt wird, wenn während einer Schwingung der Unruh zweimal eine positive Spannung ah

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der Drain-Elektrode 13 auftritt, die Bewegung nicht abtasten, wenn der Ausgangs-Treiber-Transistor bereits eingeschaltet ist. Wenn die Unruh sich wieder mit der Antriebsfrequenz synchronisiert, erscheint die positive Spannung und die Verzögerungsschaltung 18 wird zurückgesetzt. Für die Verzögerungsschaltung 18 wird ein Zeitintervall von ungefähr fünf Sekunden gewählt, da es im allgemeinen auch im ungünstigsten Fall nicht länger dauert bis die Uhr wieder synchronisiert ist.

Wenn die Verzögerungsschaltung andererseits ihren Zeitgabe-Zyklus beendet, öffnet der Schaltttransistor 19 und schaltet die Oszillator-Teiler-Schaltung 10 ab. Diese Abschaltung erfolgt nur absichtlich beispielsweise, wenn es erwünscht ist, die Uhr zu lagern. Zu diesem Zweck wird die Unruh in üblicher Weise stillgesetzt, um auf diese Weise den Zeitgabezyklus der Verzögerungsschaltung einzuleiten. Wenn die Unruh später wieder freigegeben wird, schließt der Kontakt 16, so daß die Verzögerungsschaltung zurückgesetzt wird, wodurch der Schalttransistor 19' wieder geschlossen wird, woraufhin der Oszillator wieder startet.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein in einem Parallelzweig liegender Schalter vorgesehen ist. Ein Oszillator 29 mit einem Quarzkristall 28 sowie eine Teilerstufe 30 sind Teile einer Uhr, die der vorstehend erwähnten ähnlich ist. Ferner sind in der Schaltung gemäß Fig. 2 ebenfalls wieder ein Ausgangs-Treibertransistor 31, ein Kontakt 36 und eine Antriebsspule 37 vorgesehen. Die Source (48)-Drain (47)-Strecke des Transistors 45 ist dem Transistor 3I parallel geschaltet und seine Gate-Elektrode 46 ist mit der Verzögerungsschaltung 38 verbunden. Der Transistor 39 ist dem Eingang des Oszillators 29 parallel geschaltet, wobei seine Gate-Elektrode 40 mit der Verzögerungsschaltung 38 verbunden ist.

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Die Schaltung arbeitet ähnlich wie diejenige gemäß Ausführungsbeispiel 1 und soll daher nicht in den Einzelheiten beschrieben werden. Der Transistor 45 ist vorgesehen, um den Transistor 31 auszuschalten, wenn die Verzögerungsschaltung 38 einen Zeitgabezyklus beendet. Der Transistor 39 wird in ähnlicher Weise von der Verzögerungsschaltung am Ende eines Zeit gäbezyklus angeschaltet, um den Oszillator 29 anzuhalten. Die Stromzufuhr zu der Schaltung wird somit unterbrochen, um eine Entladung der Batterie zu verhindern, wobei sich bei angehaltenem Oszillator die Entladung der Batterie dem Wert Null nähert, da für die CMOS-Zählerstufen nur eine niedrige statische Energie benötigt wird.

Es ist nun offensichtlich, daß - wenn der Oszillator anhält der Treibertransistor 31 leitend sein könnte. Wie oben erwähnt, schließt der Transistor 45 diese Möglichkeit aus. Wenn der Treibertransistor 31 während der Lagerungszeit gesättigt wäre, würde der Startimpuls, welcher beim Hineindrücken der Krone in die Uhr durch die freigegebene Unruh erzeugt wird, nicht ermittelt bzw. abgetastet werden.

Es versteht sich, daß die vorstehend betrachteten Beispiele lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen und daß dem Fachmann zahlreiche andere Möglichkeiten zu Gebote stehen, um den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen. So ist es zum Beispiel insbesondere möglich, die Verzögerungsschaltung als Zähler auszubilden, welcher von dem Quarzoszillator oder von einem Ausgang der Teilerschaltung angesteuert wird und welcher bei Erreichen einer zuvor eingestellten Zählerstellung einen Ausgangsimpuls beispielsweise zum Abschalten des Schalttransistors 19 erzeugt.

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Claims

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1, Verfahren zur Verringerung des Stromverbrauchs einer batteriegetriebenen Uhr mit einem beweglichen Antriebsorgan und mit einer elektrischen Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausbleiben von bei Bewegungen des Antriebsorgans auftretenden elektrischen Signalen über ein vorgegebenes Zeitintervall hinaus die elektrische Steuerschaltung zumindest teilweise von der Batterie getrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Verringerung des Stromverbrauchs bei einer Uhr mit einem Hochfrequenz-Oszillator

. · und mit einer Treiberstufe zur Lieferung von Synchronisationsimpulsen über einen Kontakt zu einem elektromechanischen Oszillator bzw. Motor gekennzeichnet durch folgende Schritte: zwischen der Batterie . und dem Hochfrequenz-Oszillator wird ein Schalter vorgesehen, die Ausgangsimpulse der Teilerschaltung werden gezählt, und der Schalter wird geöffnet, wenn eine vorgegebene Anzahl von Impulsen gezählt wurde, was anzeigt, daß der elektromechanische Oszillator angehalten wurde, und zwar bei offenem Kontakt, wobei die Zähleinrichtung normalerweise von jedem Impuls über den intermittierend -geschlossenen Kontakt zurückgesetzt werden.

3· Verfahren nach Anspruch 1 zur Verringerung des Stromverbrauchs bei einer Uhr mit einem Hochfrequenz-Oszillator und einer Treiberschaltung zur Lieferung von Synchronisierimpulsen über einen Kontakt zu einem elektromechanischen Oszillator, gekennzeichnet durch folgende Schritte: auf der Hochfrequenzseite wird eine

, erste Schalteinrichtung vorgesehen, um die Oszillator-Schalteinrichtung auf der Eingangsseite der Treiberschaltung anzuhalten und die Treiberschaltung zu öffnen; die

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Ausgangsimpulse der Teilschaltung werden gezählt; die ersten Schalteinrichtungen und die zweite Schalteinrichtung werden geschlossen, wenn eine vorgegebene Zahl von Impulsen gezählt wurde, welche anzeigt, daß der mechanische Oszillator angehalten ist und die Zähleinrichtungen werden normalerweise durch jeden Impuls über den intermittierend geschlossenen Kontakt zurückgesetzt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein elektronischer Schalter zum Trennen von Batterie und Steuerschaltung vorgesehen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der mindestens eine elektronische Schalter über eine Verzögerungsschaltung steuerbar ist, welche in Abhängigkeit von bei Bewegungen des Antriebsorgans auftretenden elektrischen Signalen jeweils zurückgesetzt wird und an ihrem Ausgang bei Ausbleiben dieser elektrischen Signale über ein vorgegebenes Zeitintervall hinaus ein Steuersignal abgibt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 5 für eine batteriegetriebene Uhr mit einer Oszillator-Teiler-Schaltung, welche Impulse an einen Treiber liefert, um einen elektromechanischen Oszillator oder Motor zu synchronisieren, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: mit dem Ausgang des Treibers (11) und mit dem Eingang der Oszillator-Teiler-Schaltung (10) ist eine Verzögerungsschaltung (18) verbunden und an dem mit der Batterie (+) verbundenen Eingang der Oszillator-Teiler-Schaltung ist eine Schalteranordnung (19) vorgesehen, die von der Verzögerungsschaltung (18) in der Weise gesteuert wird, daß sie die Verbindung zu der Batterie ( + ) unterbricht, wenn der elektromechanische Oszillator für ein vorgegebenes Zeit-

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Intervall stillsteht.

7· Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungsschaltung (18) eine Schaltung umfaßt, welche von den Impulsen von dem Treiber (11) zu dem elektromechanischen Oszillator zurückgesetzt wird, welche jedoch -'wenn für ein vorgegebenes Zeitintervall keine Impulse empfangen werden - die Schalteranordnung (19) öffnet,um eine Entladung der Batterie zu verhindern.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalteranordnung einen Transistor umfaßt, welcher in Serie zwischen der Batterie (+) und der Oszillator-Teiler-Schaltung (10) liegt und dessen Steuereingang (Gate-Elektrode 20) mit der Verzögerungsschaltung (18) verbunden ist.

9· Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzei cn net , daß der elektromechanische Oszillator eine Unruh umfaßt.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 5 zur Verringerung des Stromverbrauchs einer batteriegetriebenen Uhr mit einer Hochfrequenz-Oszülator-Schaltung und mit einer Anzahl von Frequenzteilerstufen, welche Impulse an eine Ausgangstreiberstufe liefern, um einen elektromechanischen Oszillator zu synchronisieren, gekennzeichnet durch die Kombination folgendeüMerkmale: es ist ein erster Transistor (39) und ein zweiter Transistor (45) vorgesehen, zwischen dem Ausgang der Treiberstufe (31) und dem ersten Transistor (39) ist eine Verzögerungsschaltung (38) vorgesehen, um Schwingungen des Hochfrequenzoszillators (29) zu verhindern, wenn der elektromechanisch^ Oszillator für ein vorgegebenes Zeitintervall stillgesetzt ist und um mittels

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des zweiten Transistors (45) gleichzeitig zu verhindern, daß die Treiberstufe (31) in diesem Fall in leitendem Zustand verbleibt.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet , daß die Verzögerungsschaltung (38) eine Schaltung umfaßt, welche von Antriebs impuls en für den elektromechanischen Oszillator zurückgesetzt wird, welche jedoch - wenn diese Impulse für ein vorgegebenes Zeitintervall ausbleiben - ihren Zeitgabezyklus beendet, um dann den Hochfrequenzoszillator anzuhalten und den zweiten Treibertransistor zu öffnen.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Oszillatorschaltung (29) und die Frequenzteilerstufen (30) aus Halbleiter-Bauelementen vom CMOS-Typ aufgebaut sind, so daß die Stromentnahme aus der Batterie auf den Ruhestrombedarf der CMOS-Schaltung begrenzt ist, wenn der elektroraechanisehe Oszillator angehalten ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 5 für eine batteriegetriebene Quarzuhr mit einer Oszillator-Teiler-Schaltung und einem Ausgangs-Treiber-Transistor zur Lieferung von Synchronisierimpulsen über einen intermittierend betätigten Kontakt zu einer Unruh, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: es ist ein Schalttransistor (19) vorgesehen, der mit seiner Source-Drain-Strecke zwischen der Batterie . (+) und der Oszillator-Teiler-Schaltung (10) liegt und zwischen dem Ausgangs-Treibertransistor (11) und der Gate-Elektrode (20) des Sehaltttransistors (19) ist eine Verzogerungsschaltung (18) vorgesehen, welche die Bewegung der Unruh abtastet und welche die Verbindung zwischen

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Batterie (+) und Oszillator-Teiler-Schaltung (10) unterbricht, wenn die Unruh für ein vorgegebenes Zeitintervall angehalten wird, um eine Entladung der Batterie zu verhindern.

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