DE2440083C2 - Antriebseinrichtung eines Schrittschaltmotors in einer elektronischen Uhr - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung eines Schrittschaltmotors in einer elektronischen Uhr, welche einen stabilen Oszillator, einen Untersetzer und eine Steuereinheit für den Motor enthält, welche Steuereinheit mit zwei gemeinsam angesteuerten, in Reihe geschalteten Transistoren ausgerüstet ist, deren Kollektorkreis über einen gemeinsamen Kondensator den Schrittschaltmotor antreibt.

Schrittschaltmotoren werden beispielsweise in Schaltuhren zur Umschaltung von Stromverbrauchern mit verschiedenen Tarifen verwendet. Hierzu benutzt man Mehrtarifzählwerke, bei denen eine Tarifumsc'ialtung dadurch erfolgt, daß eine Verbindung zwischen einem Meß-System und dem dem bisherigen Tarif zugeordneten Zählwerk getrennt wird. Auch bei Maximumzählern werden Schaltuhren benötigt.

Handelsübliche Schaltuhren sind mit Synchronmotoren als Zeitbasis ausgerüstet, die aber bei Spannungsausfall oder schlecht regulierten Netzen relativ ungenau sind. Eine bedeutsame Verbesserung der Genauigkeit läßt sich mit elektronischen Uhren erzielen, die vorzugsweise einen Quarzoszillator mit Untersetzer und eine Steuereinheit zum Antrieb eines Schrittschaltmotors aufweisen. Solche elektronische Uhren der eingangs genannten Art sind bekannt. Sie verfügen jedoch oft über keinen sicheren Antrieb des Schrittschaltmotors, wenn sie nur mit einer einzigen, an die elektronischen — vorzugsweise in intergrierter Schalttechnik ausgeführten — Oszillator- und Untersetzerkreise angepaßten Spannungsquelle betrieben werden. ('5

Aus der FR-PS 15 75 317 ist ein Antrieb für Uhren, insbesondere für elektronisch betriebene quarzgesteuerte Armbanduhren, bekannt, bei dem die Antriebs-

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schaltungen aus zweiphasig angesteuerten und bipolare Ausgangsimpulse liefernden bistabilen Multivibratoren oder Schaltungen mit drei Transistoren bestehen, wobei die Ausgänge auf Serienresonanzkreise wirkea Diese können entweder aus den Spulen der Uhrenantriebe und zusätzlichen Kapazitäten oder aus der immanenten Kapazität piezoelektrischer Uhrenantriebe und einer zusätzlichen Induktivität bestehen. Diese Schwingkreise haben die Aufgabe, eine Erhöhung der Spannung über die begrenzte Spannung der Spannungsquelle der Uhr hinaus zu erzielen, um so eine Verbesserung des Wirkungsgrades und der Betriebssicherheit zu erzielen.

Die bekannte Schaltung der Ansteuerungskreise muß Nadelimpulse liefern, die zumindest ein Differenzierglied voraussetzsn.

Auch die zweiphasige Ansteuerung und die bipolaren Ausgangsimpulse der bekannten Anordnung sind wenig vorteilhaft In elektronischen Uhren setzen sich zunehmend gleichsinnig drehende Schrittschaltmotoren durch, weshalb monopolare Ausgangsimpulse und eine einphasige Ansteuerung an sich wünschenswert sind.

Darüber hinaus sind die bekannten Schwingkreise temperaturabhängig und liefern eine vcn der Temperatur beeinflußte Ausgangsspannung da die Schwingkreise in Resonanz mit den Ansteuerungsimpulsen betrieben werden müssen, um die erwünschte hohe Ausgangsspannung zu erhalten. Da die Spulen der elektromechanischen Wandler nicht beliebig groß gemacht werden können, müssen die bei dieser Ausführungsform hinzuzufügenden Kapazitäten sehr groß sein, was relativ viel Platz erfordert. Gleiches gilt bezüglich der bei piezoelektrischen Wandlern hinzuzufügenden Induktivitäten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile zu vermeiden und eine Antriebsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die an einer verhältnismäßig niedrigen Spannung — wie sie zum Betrieb eines elektronischen Quarzoszillators und eines damit verbundenen elel·'ronischen Untersetzers der Oszillatorfrequenz üblicherweise benötigt werden — mit hoher Sicherheit über eine lange Benutzungsdauer betrieben werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der zweite, dem Schrittschaltmotor zugekehrte Belag des Kondensators einerseits mit einer in Richtung zu diesem Belag durchlässigen Diode und andererseits mit dem Emitter eines gemeinsam mit den zwei ersten Transistoren angesteuerten dritten Transistors verbunden ist, in dessen Kollektorkreis der Schrittschaltmotor derart eingeschaltet ist, daß bei einem Steuerimpuls mit einer ersten Größe der Kondensator an einem Pol der Spannungsquelle aufgeladen und bei einem Steuerimpuls mit einer verschiedenen Größe der Kondensator zu diesem Pol in Reihe geschaltet wird.

Ein Überschwingen, wie dies bei Resonanzkreisen besonders ausgeprägt ist, kann auf einfache und sichere Weise dadurch vermieden werden, daß dem Schrittschaltmotor eine Diode in Sperrichtung parallelgeschaltet ist.

Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind somit darin zu sehen, daß nur eine einphasige Ansteuerung benötigt wird, monopolare Ausgangsimpulse geliefert werden, eine erhebliche Vereinfachung der Ausführung der Schrittschaltmotoren gegenüber den obenerwähnten bekannten Antrieben erzielt werden kann — was der Sicherheit und der Genauigkeit

der Uhren zugute kommt — sowie daß die Werte der Kapazitäten innerhalb relativ großer Grenzen liegen können und nach unten nur durch die benötigte Ausgangsspannung beschränkt sind.

Ein Ausfuhrungsbeispiel des ErfLvhingsgegenstandes wird nachfolgend an Hand der Zeichnungsfigur näher erläutert

Steuerimpulse i von der FrequenzteilerscLaltung eines elektronischen Quarzoszillators werden auf den Mittelpunkt 2 von drei aus einem gemeinsamen Widerstand 3 und je einem dazu in Reihe geschalteten Widerstand 4, 5, und 6 bestehenden Spannungsteilern gegeben. Der Widerstand 4 ist mit der Basis eines ersten Transistors Ti, der Widerstand 5 mit der Basis eines zweiten Transistors Ti und der Widerstand 6 mit der Basis eines dritten Transistors 7ä verbunden.

Die beiden Transistoren 7Ί und Ti sind vom PNP-Typ und der Transistor 72 von NPN-Typ. Die Kollektoren der beiden ersten Transistoren Ti und Ti sind miteinander und mit einem ersten Belag eines Kondensators 7 verbunden. Der zweite Belag des Kondensators 7 liegt an der Kathode einer für mindestens das Doppelte der Versorgungsspannung berechneten Diode 8, deren Anode an der gemeinsamen positiven Versorgungspannung liegt, sowie am Emitter des Transistors Ti, in dessen Kollektorkreis ein Schrittschaltmotor 9 geschaltet ist Zwischen der gemeinsamen negativen Versorgungsleitung, an welche der Schrittschaltmotor einseitig angeschlossen ist, und dem Kollektor des Transistors Ti ist ferner eine Diode 10 mit der Anode an der negativen Spannung geschaltet.

Um die Schwellspannung des Transistors Ti herabzusetzen, kann diesem gegebenenfalls noch ein weiterer, gleichartiger Transistor parallel geschaltet werden. Dieser kann dann gemeinsam mit dem Transistor Ti über den Widerstand 5 angesteuert werden.

Dem Mittelpunkt 2 der aus den Widerständen 4, 5 und 6 und dem gemeinsamen Widerstand 3 gebildeten Spannungsteiler werden die Steuerimpulse 1 des Frequenzteilers der elektronischen Uhr zugeführt Sie bestehen beispielsweise aus 31 ms langen positiven Spannungsimpulsen mit 0,1 V und 969 ms langen Spannungsimpulsen mit 1,3 V. Bei jedem Impuls von 13 V sperrt der PNP-Transistor Ti und leitet der NPN-Transistor Ti, wodurch der erste Belag des Kondensators 7 an die negative Versorgungsspannung, und der zweite Belag über die Diode 7 an die positive Versorgungsspannung gelegt wird, da in diesem Moment der PNP-Transistor Ti ebenfalls sperrt Durch einen Impuls von 0,1 V werden die Transistoren Ti und Ti leitend, während der Transistor Ti nun sperrt Dadurch wird der bisher an der negaitven Spannung liegende Belag des Kondensators 7 nunmehr an die positive Spannung gelegt während die nun etwa verdoppelte positive Spannung des zweiten Belags des Kondensators 7 sich über den Schrittschaltmotor 9 entlädt und diesen kräftig anstößt. Durch die Diode 10 wird ein Überschwingen des Kondensators 7, der mit der Induktivität des Schrittmotors einen Schwingkreis bildet, verhindert und eine genaue Schrittbewegung bewirkt

Durch die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann die Antriebsspannung für den Schrittmotor bei dessen Fortschaltung praktisch gegenüber der vorbekannten Schaltung verdoppelt werden. Es erübrigt sich somit eine Spannungsversorgung mit einer separaten, erhöhten Spannung für den Schrittschaltmotor. Daher können auch solche Schrittschaltmotoren befriedigend angetrieben werden, die von Haus aus zu ausreichender Betätigung einer höheren Versorgungsspannung bedürfen. Sie ermöglicht auch eine platzsparende Anordnung in Zählern und anderen Apparaten mit beschränkten Platzverhältnissen. Die Einrichtung kann ferner mit bekannten Bremsschaltungen für den Schrittschaltmotor kombiniert werden, so daß dessen genaue Funktionsweise gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung ist auch sehr gut für Nebenuhren, Stempeluhren, Zeitrechner, Signaluhren u. dgl. geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 24

1. Antriebseinrichtung eines Schrittschaltmotors

in einer elektronischen Uhr, welcher einen stabilen Oszillator, einen Untersetzer und eine Steuereinheit für den Motor enthält, welche Steuereinheit mit zwei gemeinsam angesteuerten, in Reihe geschalteten Transistoren ausgerüstet ist, deren Kollektorkreis über einen gemeinsamen Kondensator den ι ο Schrittschaltmotor antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, dem Schrittschaltmotor (9) zugekehrte Belag des Kondensators (7) einerseits mit einer in Richtung zu diesem Belag durchlässigen Diode (8) und andererseits mit dem Emitter eines gemeinsam mit den zwei ersten Transistoren (Ti, Ti) angesteuerten dritten Transistors (Ti) verbunden ist, in dessen Kollektorkreis der Schrittschaltmotor (9) eingeschaltet ist, derart, daß bei einem Steuerimpuls mit einer ersten Größe der Kondensator (7) an einem Pol der Spannungsquelle aufgeladen und bei einem Steuerimpuls mit einer verschiedenen Größe der Kondensator (7) zu diesem Pol in Reihe geschaltet wird.

2. Antriebseinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schrittschaltmotor (S) eine Diode (10) in Sperrichtung parallel geschaltet ist.

3. Antriebseinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor (Ti) ein gleichartiger Transistor parallel geschaltet ist.