DE2305682B2 - TIME-KEEPING DEVICE, IN PARTICULAR QUARTZ WATCH WITH ELECTRONICALLY CONTROLLED DISPLAY SYSTEM - Google Patents
TIME-KEEPING DEVICE, IN PARTICULAR QUARTZ WATCH WITH ELECTRONICALLY CONTROLLED DISPLAY SYSTEMInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein zeithallendes Gerät, wie es dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.The invention relates to a time-echoing device, as can be seen from the preamble of claim 1 is.
ι -) Uhren dieser Art, die einen Schwingquarzoszillator in Verbindung mit einem Frequenzteiler und ein direkt von den Ausgangsimpulsen des Frequenzteilers gesteuertes elektromechanisches Anzeigesystem enthalten, sind bekannt.ι -) Watches of this type that have a quartz oscillator in Connection with a frequency divider and one controlled directly by the output pulses of the frequency divider Electromechanical display system included are known.
Besondere Nachteile bekannter Quarzuhrsysteme, insbesondere Quarzarmbanduhren, bestehen darin, daß das mechanische Anzeigesystem solcher Uhren zur Erzielung einer hohen Fortschaltsicherheit eine relativ große Leistungsaufnahme erfordert, die nur herabge-Particular disadvantages of known quartz watch systems, in particular quartz wristwatches, are that the mechanical display system of such clocks to achieve a high level of security is a relative requires high power consumption, which is only
2■) setzt werden kann, wenn eine größere Stcrempfindlichkeit zugelassen wird. Weiterhin ist bei bekannten Systemen, die mit direkt gesteuerten Schrittschaltmotoren, direkt synchronisierten Schwingungssystemen und Motoren arbeiten, eine Anordnung notwendig, die2 ■) can be used if a greater sensitivity to the noise is allowed. Furthermore, in known systems that use directly controlled stepper motors, directly synchronized vibration systems and motors work, an arrangement necessary that
«ι schon innerhalb einer einzigen Schaltperiode eventuelle Fehler rückgängig machen muß, Bei solchen Systemen kann die Stoßempfindlichkeit, ζ. Β. bei sportlicher Betätigung, zu einer bleibenden Standabweichung führen.«Ι possible within a single switching period Has to undo errors, In such systems, the shock sensitivity, ζ. Β. at sportier Actuation, lead to a permanent deviation.
ij Um diese Nachteile weitgehend zu beseitigen, mußten aufwendige Sonderkonstruktionen für das Anzeige- und Fortschaltsystem vorgesehen werden; z. B. Schwingungssysteme mit hohem Energieinhalt, d. h. mit großer Amplitude und hoher Frequenz.ij In order to largely eliminate these disadvantages, complex special constructions had to be provided for the display and indexing system; z. B. Vibration systems with high energy content, d. H. with large amplitude and high frequency.
mi Diese prinzipiellen Schwierigkeiten treten, wie Versuche und praktische Ergebnisse an Gebrauchsquarzuhren, vor allem an Armbanduhren gezeigt haben, bei allen bisher verwendeten elektromechanischen Antriebsarten für Anzeigesysleme auf, seien es Stimm-mi These fundamental difficulties arise how Experiments and practical results on practical quartz watches, especially on wristwatches, have shown with all previously used electromechanical drive types for display systems, be it vocal
4) gabel-, Blattfeder-, Unruh-Systeme; Synchronmotoren, synchronisierte Motoren, direkt synchronisierte Schwingungssysteme, .Schrittschaltmotoren oder elektromechanische Schrittschaltwerke. Man hat daher versucht, bei Schrittschaltwerken Sperrvorrichtungen einzubauen, um eine Fortschaltung durch Störungen zu verhindern. Auch diese Vorrichtungen sind störanfällig, wenn ein äußerer mechanischer Störimpuls während des Schaltvorganges auftritt.4) fork, leaf spring, balance wheel systems; Synchronous motors, synchronized motors, directly synchronized vibration systems, stepper motors or electromechanical Stepper mechanisms. Attempts have therefore been made to use locking devices in stepper mechanisms to be installed in order to prevent further switching due to malfunctions. These devices are also prone to failure, if an external mechanical interference pulse occurs during the switching process.
Durch Schüttelbewegungen und Drehstöße, wie sie bei raschen Handbewegungen, bei sportlicher Betätigung, im Fahrzeug vorkommen können, erhält man bei Uhren mit Unruhschwingungssystemen mit einer Frequenz von 2,5 Hz Fehler, die vor allem durch das Prellen verursacht werden, entsprechend einer Stand-Through shaking movements and twisting jolts, as they are with rapid hand movements, during sporting activity, can occur in the vehicle, you get with clocks with balance oscillation systems with a Frequency of 2.5 Hz Errors, which are mainly caused by bouncing, according to a stand-
bo differenz von mehreren Sekunden innerhalb eines Zeitraums von einer Minute. Deshalb läßt sich auch eine niederfrequente Unruh üblicher Frequenz für Armbanduhren nicht mit der notwendigen Sicherheit direkt synchronisieren.bo difference of several seconds within a period of one minute. That's why a Low-frequency balance wheel of the usual frequency for wristwatches is not directly with the necessary security synchronize.
b5 Bei weiteren bekannten Systemen werden Stell- oder Anhaltevorrichtungen verwendet, die zusätzliche elckiromechanische Wandler und /..T. einen lelaiiv hüllenb5 In other known systems, actuating or Stopping devices used, the additional elckiromechanische Converter and /..T. a lelaiiv cover
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zeithaltendes Gerät, insbesondere eine Quarzarmbanduhr, das einen Quarzoszillator mit elektronischen Frequenzteilern sowie ein elektronisch gesteuertes mechanisches zeithaltendes System mit einem Anzeigesystem enthält, zu schaffen, bei der durch Speicherung der Standdifferenz des Anzeigesystems gegenüber dem Sollstand, die infolge unvermeidlicher mechanischer Störeinflüsse auftreten, eine Regelabweichung festgestellt wird, die zur Drehzahlregelung des Anzeigesystems dient. Dadurch wird das Anzeigesystem innerhalb wählbarer Zeit, die durch die Regelgeschwindigkcit bestimmt wird, auf den Sollstand gebracht. Die Festlegung des Regelbereiches bzw. der zulässigen Standabweichung gegenüber dem Sollstand wird durch einen Frequenzteiler bestimmt, der die vom zeithaltenden System bzw. Motor abgeleiteten ImDulse dem Eingang des Speichers (für die Standdifferenz) zuführt.The invention is based on the object of providing a time-keeping device, in particular a quartz wristwatch, a crystal oscillator with electronic frequency dividers and an electronically controlled one mechanical time-keeping system with a display system, to create, in the case of storage the difference in level of the display system compared to the target level, which is the result of unavoidable mechanical Interferences occur, a control deviation is determined, which is used to regulate the speed of the display system serves. As a result, the display system is within a selectable time, which is determined by the control speed is determined, brought to the target state. The definition of the control range or the permissible The level deviation from the target level is determined by a frequency divider that determines the time-keeping System or motor-derived ImDulse feeds the input of the memory (for the level difference).
Bei der Erfindung wird das weitgehend störunempfindliche Quarzsystem und die elektronische Regelung in ein mechanisch unverändertes elektronisch gesteuertes Anzeigesystem vorzugsweise in eine in großen Serien gefertigte herkömmliche elektronisch gesteuerte Unruharmbanduhr eingebaut.The invention uses the quartz system, which is largely insensitive to interference, and the electronic control in a mechanically unchanged electronically controlled display system, preferably in a large one Series-produced conventional, electronically controlled balance wrist watch built in.
Ein Vorteil der Erfindung besteht also darin, daß durch die Verwendung vorhandener einfacher zeithaltender Geräte mit einer zusätzlichen elektronischen Quarzsteuerung eine Gebrauchsquarzuhr hoher Genauigkeit geschaffen werden kann.An advantage of the invention is that by using existing simple time-keeping Devices with an additional electronic quartz control unit are a high-precision utility quartz watch can be created.
Ein weiterer Vorteil gegenüber einer bekannten Lösung besteht darin, daß das Stellen der Uhr zu jedem Zeitpunkt auf einfache Weise dadurch geschehen kann, daß das Anzeigesyslem (z. B. ein herkömmliches elektronisch gesteuertes Unruh-Armbanduhrwerk) mechanisch angehalten wird und gleichzeitig mit Hilfe eines Schalters db beiden elektronischen Frequenzteiler (2) und (8) auf den Zustand »Null« zurückgestellt werden (»Reset«).Another advantage over a known solution is that the setting of the clock to everyone Point in time can be done in a simple manner that the display system (e.g. a conventional electronically controlled balance-wristwatch movement) is stopped mechanically and simultaneously with the help a switch db both electronic frequency dividers (2) and (8) are reset to the "zero" state (»Reset«).
Beim Starten der Quarzarmbanduhr zum gewählten Zeitpunkt wird das Anzeigesystem in Betrieb gesetzt, wobei gleichzeitig der Schalter zur Rückstellung der Frequenzteiler betätigt wird.When the quartz wristwatch is started at the selected time, the display system is put into operation, the switch for resetting the frequency divider is actuated at the same time.
Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch I angegebene Erfindung gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the invention specified in claim I. Appropriate configurations the invention can be found in the subclaims.
Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung zur Erzielung einer wirtschaftlichen Lösung — aufgrund der Verwendbarkeit von Bauelementen, die schon lange in Großserie gefertigt werden — ergibt sich aus dem in den Zeichnungen dargestellten AusführungsbeisDiel.A particularly favorable embodiment of the invention to achieve an economical solution - due to the usability of components that have been mass-produced for a long time - results from the in The embodiment shown in the drawings.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 das Blockschaltbild einer Quarzarmbanduhr mit elektronisch geregeltem Anzeigesystetn,1 shows the block diagram of a quartz wrist watch with an electronically controlled display system,
F i g. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannungen an den Eingängen und am Ausgang der bistabilen Kippstufe sowie der Unruhfrequenz in, F i g. 2 the temporal course of the voltages at the inputs and at the output of the bistable multivibrator as well as the balance frequency in,
F i g. 3 Beispiel einer Steuer- und Antriebsschaltung eines Unruhschwingungssystems mit elektronischem Schaltglied zur Umschaltung der Unruhfrequenz.F i g. 3 Example of a control and drive circuit for a balance oscillation system with electronic Switching element for switching the balance frequency.
Der Quarzoszillator 1 steuert den Frequenzteiler 2 an. Der Ausgang des Frequenzteilers 2 ist mit dem Eingang £1 der bislabilen Kippstufe 3 verbunden. Das Anzeigesystem 4 (beispielsweise ein herkömmliches elektronisch gesteuertes Unnihwerk einer Armbanduhr) besteht aus dem elektronisch gesteuerten Unruhsysiem 5 das über das Getriebe 6 die Anzeige iZeiserwerk) 7 antreibt.The crystal oscillator 1 controls the frequency divider 2. The output of the frequency divider 2 is connected to the input £ 1 connected to the unstable flip-flop 3. The display system 4 (for example a conventional electronically controlled unnihwerk of a wristwatch) consists of the electronically controlled balance system 5 that controls the display via the gearbox 6 iZeiserwerk) 7 drives.
Eine einzige nicht dargestellte Batteriezelle versorgt sämtliche in Fig. 1 dargestellten Elemente 1 bis 9. Das elektronsich gesteuerte Unruhsystem 5 steuert einen weiteren elektronsichen Frequenzteiler 8 an, dessenA single battery cell, not shown, supplies all elements 1 to 9 shown in FIG electronically controlled balance system 5 controls a further electronic frequency divider 8, whose
■) Ausgang mit dem Eingang £"2 der bistabilen Kippstufe 3 verbunden ist.■) Output with the input £ "2 of the bistable multivibrator 3 connected is.
Der Ausgang A der bistatbilen Kippstufe 3 steuert das elektronsiche Schaltglied 9, das in das elektronisch gesteuerte Unruhsystem 5 eingreift.The output A of the bistable flip-flop 3 controls the electronic switching element 9, which engages in the electronically controlled balance system 5.
in Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, die mit Hilfe der F i g. 2 erläutert wird:in the mode of operation of the embodiment shown in Fig. 1, with the help of FIG. 2 explains:
Der Quarzoszillator 1 besitzt die Frequenz /y=2m Hz (z. B. m= 15; /"0= 32,768 kHz). Der mit dieser Frequenz angesteuerte Frequenzteiler 2 hat das TeilerverhältnisThe crystal oscillator 1 has the frequency / y = 2 m Hz (for example m = 15; / " 0 = 32.768 kHz). The frequency divider 2 controlled with this frequency has the division ratio
π 2" : 1 (z. B. n=21). Die Ausgangsimpulse werden dem Eingang E1 der bistabilen Kippstufe 3 zugeführt.π 2 ": 1 (e.g. n = 21). The output pulses are fed to the input E 1 of the bistable multivibrator 3.
Das elektronsich gesteuerte Unruhsystem 5, das zusammen mit dem Getriebe 6 und dem Anzeigewerk 7 ein herkömmliches elektronsich gesteuertes Unruhsy-The electronically controlled balance system 5, which together with the gear 6 and the display unit 7 a conventional electronically controlled balance system
2(i stern einer Armbanduhr darstellt, hat eine mechanische Frequenz2 (i star represents a wristwatch, has a mechanical frequency
fiiM=4 Hz±AfuM.fiiM = 4 Hz ± AfuM.
Bei jedem Nulldurchgang des mechanischen Unruhsy-2) stems, das vorzugsweise einen permanentmagnet-dynamischen Wandler (verglichen deutsche Patentanmeldung P 20 09 612.2-31) enthält, wird ein Spannungsimpuls induziert. Die elektrische Impulsfolgefrequenz beträgtAt every zero crossing of the mechanical balance-2) stems, which is preferably a permanent magnet dynamic converter (compared to German patent application P 20 09 612.2-31), a voltage pulse is generated induced. The electrical pulse repetition frequency is
f„=8Hz±2Af,,M.f "= 8Hz ± 2Af" M.
Hierbei istHere is
2 U UM = JUi ~.1 U2i 2 U UM = JUi ~ .1 U2i
Über eine Impulsformerstufe 5a werden dieseAbout a pulse shaper 5a these
4i) Impulse dem Frequenzteiler 8, der ein Teilerverhältnis von Ji: 1 besitzt, zugeführt. Die Ausgangsimpulse dieses Frequenzteilers 8, die die Impulsfolgefrequenz fu ■ 2'' ι haben, steuern den Eingang E2 der bistabilen Kippstufe 3 an. Die Teilerverhältnisse der Frequenzteiler 2 und 84i) pulses are fed to the frequency divider 8, which has a division ratio of Ji: 1. The output pulses of this frequency divider 8, which have the pulse repetition frequency fu ■ 2 ″ ι , control the input E2 of the bistable multivibrator 3. The division ratios of frequency dividers 2 and 8
4", sind so gewählt, daß die an den beiden Eingängen E und E2 der bistabilen Kippstufe 3 anliegenden Frequenzen /ei und fa bis auf die gewählten positiven und negativen Frequenzabweichungen gleich sind. Es gelten folgende Beziehungen:4 "are selected so that the frequencies / ei and fa applied to the two inputs E and E2 of the bistable multivibrator 3 are the same apart from the selected positive and negative frequency deviations. The following relationships apply:
/ei = /q ' 2 = 2 '" " Hz,/ ei = / q '2 = 2'"" Hz,
/ι/ι=/β·2{·-"'+ IA1; l/t,, >0,/ ι / ι = / β · 2 { · - "'+ IA 1 ; l / t ,,> 0,
/i/2=/g-2"-"'+ l/w; .l/ü2<0,/ i / 2 = / g-2 "-"'+ l / w ; .l / ü2 <0,
m — η = ρ — q .m - η = ρ - q.
(Beispiel: m =15; fi = 21; ρ = 3; q = 9.)(Example: m = 15; fi = 21; ρ = 3; q = 9.)
Die mechanische Frequenz des elektronisch gesteuerten Unruhsystems wird durch ein Schaltglied 9, das t,-> durch den Ausgang A der bistabilen Kippstufe 3 gesteuert wird, umgeschaltet. Die Frequenzänderung erfolgt dadurch, daß ein Widerstand 10 mit Milfe eines als elektronischer Schalter wirkenden Transistors 11The mechanical frequency of the electronically controlled balance system is switched by a switching element 9, which is controlled by output A of the bistable multivibrator 3. The frequency change takes place in that a resistor 10 is connected to a transistor 11 acting as an electronic switch
parallel zur Kapazität 12 geschaltet wird. Das bewirkt, daß bei dem hier verwendeten Dreifach-Magnetsystem durch Verschiebung der negativen Stromspannungskennlinie, die an den Klemmen der Spule auftritt, dann ein in der Phase verschobener zusätzlicher Antriebsimpuls an der Spule 14 gegeben wird, wenn der Transistor 11 durchgeschaltet ist. In diesem Beispiel wurde durch den zusätzlichen Antriebsimpuls eine Frequenzerhöhung (entsprechend einer Gangänderung von ca. 2 Minuten/Tag) des elektronisch gesteuerten Unruhschwingungssystem erzielt.is switched in parallel to the capacitance 12. This has the effect that in the triple magnet system used here by shifting the negative current-voltage characteristic that occurs at the terminals of the coil, then a phase-shifted additional drive pulse is given to the coil 14 when the transistor 11 is switched through. In this example, the additional drive pulse resulted in an increase in frequency (corresponding to a gear change of approx. 2 minutes / day) of the electronically controlled balance oscillation system achieved.
Das Unruhsystem ist mechanisch so einreguliert, daß bei durchgeschaltetem Transistor 11 mindestens ein Vorgehen der Uhr (d. h. eine höhere Frequenz) von ca. 1 Minute pro Tag, bei nicht durchgeschaltetem Transistor 11 ein Nachgehen (niedrigere Frequenz) von ca. 1 Minute/Tag auftritt.The balance system is mechanically regulated so that when the transistor 11 is switched on, at least one Movement of the clock (i.e. a higher frequency) of approx. 1 minute per day, with the transistor not switched on 11 a follow-up (lower frequency) of approx. 1 minute / day occurs.
Für die relativen Frequenzänderungen des Unruhsystems gelten also hier folgende Beziehungen:The following relationships apply to the relative frequency changes of the balance wheel system:
Vorgehen: Gy = Procedure: Gy =
l/ml / m
So ■ 2"" So ■ 2 ""
= + 1 min/d,= + 1 min / d,
Nachgehen: G,v = -~{~ = - 1 min/d.
Jq l Follow up: G, v = - ~ {~ = - 1 min / d.
Jq l
In F i g. 2 sind in einem Impulsdiagramm die Eingangsspannungen ur\ und Un sowie die Ausgangsspannung u., der bistabilen Kippstufe in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Die bistabile Kippstufe wird jeweils durch die an den Eingängen El und E2 eintreffenden positiven Flanken der Impulse gesteuert.In Fig. 2, the input voltages ur \ and Un and the output voltage u., Of the bistable multivibrator are shown as a function of time in a pulse diagram. The bistable multivibrator is controlled by the positive edges of the pulses arriving at the inputs E1 and E2.
Beim Betrieb dieser Quarzuhr können an der bistabilen Kippstufe folgende Schaltvorgänge bzw. Zustände auftreten:When operating this quartz clock, the following switching processes or Conditions occur:
a) Der Ausgang A sei so geschaltet, daß das Unruhsystem die Frequenz fm (höhere Frequenz) besitzt. Der von der Unruh abgeleitete Impuls gelangt früher an den Eingang El. Das bedeutet alsp, daß das Unruhsystem gegenüber dem Quarzsystem vorgeht und durch die positive Flanke des zuletzt an der bistabilen Kippstufe ankommenden Impulses am Eingang El auf die Frequenz (in umgeschaltet wird. Diese Unruhfrequenz wird bis zum Eintreffen der folgenden positiven Impulsflanke an den Eingängen beibehalten. Der Schaltzustand der bistabilen Kippstufe bestimmt jeweils die Unruhfrequenz.a) The output A is switched so that the balance system has the frequency fm (higher frequency). The impulse derived from the balance reaches the input El earlier. This means that the balance system takes precedence over the quartz system and is switched to frequency (in by the positive edge of the last pulse arriving at the bistable multivibrator at input El. This balance frequency is maintained until the following positive pulse edge arrives at the inputs. The switching state of the bistable multivibrator determines the balance frequency.
b) Trifft der vom Quarzoszillator herrührende Impuls am Eingang El vor dem von der Unruh abgeleiteten Impuls am Eingang E2 ein, d. h., daß das Unruhsystem nachgegangen ist, so wird mit der positiven Flanke des vom Unruhesystem kommenden Impulses die Unruhfrequenz fu\ eingeschaltet.b) If the impulse from the quartz oscillator arrives at input El before the impulse derived from the balance wheel at input E2, that is, if the balance system has followed suit, the balance frequency fu \ is switched on with the positive edge of the impulse coming from the balance system.
c) Wird z. B. durch äußere Störungen das Nachgehen oder Vorgehen nicht innerhalb einer Periode der an der bistabilen Kippstufe eintreffenden Impulse beseitigt, so wird zwar kurzzeitig eine Frequenz eingeschaltet, die der angestrebten Unruhefrequenz zur Regelung des Systems nicht entspricht;c) If z. B. due to external disturbances, the follow-up or action not within a period of the bistable flip-flop eliminates incoming pulses, although a frequency is briefly switched on, which does not correspond to the desired unrest frequency for regulating the system;
.'(ι aber der zeitliche Mittelwert der Unruhfrequenz. '(ι but the mean value of the balance frequency over time
bis zur nächsten Umsteuerung entspricht annähernd der geforderten Unruhfrequenz. Anzeigefehler durch mechanische Störeinflüsse können vorübergehend bis zur halben Periodendauer der anuntil the next change of direction corresponds approximately to the required balance frequency. Display error mechanical disturbances can temporarily up to half the period of the
2) E1 ankommenden Impulse betragen; diese werden 2 ) E1 incoming pulses amount; these will
dann in einer Zeit, die umgekehrt proportional zu den Frequenzänderungen Afm bzw. Afin ist, wieder korrigiert.then corrected again in a time that is inversely proportional to the frequency changes Afm or Afin.
in Da eine Unruhuhr infoige statistisch verteilter Störungen bereits ein sehr gutes langzeitiges Gangvcrhalten aufweist, sind die Frequenzänderungen Afm und Afin so klein gewählt, daß in der Anzeige keine ablesbaren Fehler auftreten. Nur bei extrem großenSince a balance clock with informational, statistically distributed disturbances already shows a very good long-term rate behavior, the frequency changes Afm and Afin are chosen so small that no errors can be read in the display. Only with extremely large ones
Γι äußeren mechanischen Störungen treten vorübergehend sichtbare Abweichungen auf, die jedoch bald wieder durch die Regelung beseitigt werden.Γι external mechanical disturbances occur temporarily visible deviations, which will soon be eliminated by the regulation.
Ein bleibender Vor- oder Nachgang durch die Frequenzänderungen Afm bzw. Afm von beispielsweiseA lasting before or after the frequency changes Afm or Afm of, for example
4(i 1 Minute/Tag ergibt nach Ablauf von 64 Sekunden eine Standdifferenz von ca. 44 Millisekunden, die mit dem Auge keineswegs festgestellt werden kann.4 (i 1 minute / day results in a Difference in stand of approx. 44 milliseconds, which can by no means be detected with the eye.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (8)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EGA | New person/name/address of the applicant | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |