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Spannungsüberwachungsvorrichtung, vorzugsweise zur
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Überwachung der Stromquelle einer elektrischen Uhr Die Erfindung
betrifft eine Spannungsüberwachungsvorrichtung, vorzugsweise zur Überwachung der
Stromquelle, insbesondere Trockenbatterie, einer elektrischen, bevorzugt elektronischen
Uhr.
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Spannungsüberwachungsvorrichtungen zur Überwachung der Stromquelle
von elektrischen und elektronischen Uhren sind bekannt. Eine Anordnung dieser Art
ist beispielsweise bei einer durch einen Gleichstrommotor angetriebenen Digitaluhr
bekanntgeworden, bei welcher der Auslauf des Motors als Parameter für die Funktionstüchtigkeit
der Stromquelle, insbesondere Trockenbatterie dient. Hierbei erfolgt der Antrieb
der einheitenniedrigster Anzeigetrommel der Digitalanzeige durch den Gleichstrommotor
über ein Schrittschaltwerk, welches nur in einer Teilphase des Drehbewegungsimpulses
des Gleichstrommotors wirksam wird, im übrigen Bereich des Drehbewegungsimpulses
des
Antriebsmotors hingegen ohne Einfluß auf die Digitalanzeigevorrichtung
bleibt. Es ist bei dieser Einrichtung nun eine derartige Justierung oder Einstellung
gewählt, daß dann, wenn durch in ihrer Leistung abfallender Trockenbatterie der
Drehbewegungsimpuls des Antriebsmotors sich verringert, d.h. die Anzahl der Drehbewegungen
pro Antriebsvorgang der Digitalanzeige kleiner wird, da ein Mindestmaß der Leistungsfähigkeit
der Stromquelle unterschritten wird, sich die Funktionsphase des Schrittschaltwerkes
zwischen Antriebsmotor und einheitenniedrigster Anzeigetrommel derart verlagert,
daß eine einwandfreie Fortschaltung dieser Anzeigetrommel nicht mehr durchgeführt
wird. Die betreffende Anzeigetrommel schreitet dann nicht mehr vollständig von einer
Zifferneinheit zur anderen bei einer Fortstellung weiter, sondern bleibt in einer
Zwischenstellung stehen. Diese Zwischenstellung ist für den Benutzer oder Betrachter
der Uhr ein Kriterium dafür, daß die Stromquelle, insbesondere Trockenbatterie,
das Ende ihrer Funktionsfähigkeit entweder schon erreicht hat oder dieses unmittelbar
bevorsteht.
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Diese Einrichtung hat sich zwar funktionell bewahrt, sie ist Jedoch
an eine besondere Ausführungsform einer mechanisch anzeigenden Digitaluhr gebunden,
d.h. dieses System einer Spannungsuberwachungsvorrichtung ist nicht beliebig auf
andere Uhrenarten übertragbar.
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Es ist ferner eine Spannungsüberwachungsvorrichtung der Stromquelle,
insbesondere Trockenbatterie für Armbanduhren bekannt. Hierbei wird die Funktionsfähigkeit
der Batterie an Hand der von dieser verabfolgten Klemmenspannung elektronisch geprüft
und dann, wenn der Art dieser Spannung ein t-lindestmaB unterschreitet der elektronische
Steuerkreis dieser Armbanduhr derart beeinflußt, daß der Sekundenzeiger ein vom
normalen Abweichen des Fortstellverhalten zeigt. Zum Beispiel kann der Sekundenzeiger
nur noch Jede zweite Sekunde einen Schritt, und zwar über zwei Sekunden vollführen
oder es wird auf sonstige Art eine a-rhythmische Fortbewegung des Sekundenzeigers
eingeleitet.
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Dieses, den Benutzer oder Betrachter der Uhr irritierende Fortschalten
des Sekundenzeigers dient also als ICriterium für das bevorstehende oder bereits
eingetretene Ende der Funktionsbereitschaft der Speisestromquelle.
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Es'ist weiterhin bei Weckern bekannt, eine Uberwachung der Klemmenspannung
der Stromquelle vorzusehen und dann, wenn diese Spannung einen gewissen Mindestwert
erreicht oder unterschreitet bei der Verabfolgung des nächsten und der weiteren
Wecksignale den zuvor abgegebenen Intervallsummton zu unterbinden und statt dessen
das bevorstehende oder bereits eingetretene Ende der Funktionsbereitschaft der Stromquelle
durch die Verabfolgung eines Dauersummtones zu signalisieren.
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Diese beiden weiter bekannten Verfahren zur SpannungsUberfachung der
Stromquelle einer elektrischen Uhr sind Jedoch ganz spezifisch zur Anwendung bei
den damit bestückten Uhrentypen gedacht, ein universeller Einsatz der Spannungsüberwachungsvorrichtung
ist auch in diesen Fällen nicht möglich.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Spannungsüberwachungsvorrichtung
für die Stromquelle einer elektrischen, insbesondere elektronischen Uhr zu schaffen,
die bei geringem Stromverbrauch und unabhängig von der Art der mit der zu überwachenden
Stromquelle gespeisten Uhr einsatzfähig ist und die dem-entsprechend in großen Stückzahlen
preiswert hergestellt werden kann.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß an der Uhr sichtbar
eine LCD-Zelle angeordnet ist, welche durch eine zugeordnete Schaltungsanordnung
bei Unterschreitung eines bestimmten Spannungswertes der Batterie schaltbar ist.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens kann darin
bestehen, daß ein Spannungsnormal vorgesehen ist, dessen Normal-Spannung durch einen
Komporator mit der Batteriespannung vergleichbar ist und daß bei Unterschreitung
eines bestimmten Spannungswertes der Batterie durch den Komparator ein die Schaltung
der LCD-Zelle auslösendes Signal verabfolgbar ist.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform dieser Ausgestaltung kann darin bestehen,
daß die durch das Spannungsnormal und den Komparator gebildete Überwachungsschaltung
durch eine Zeitschaltungseinrichtung in größeren zeitlichen Abständen kurzzeitig
einschaltbar ist.
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Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform der Ausgestaltung der Erfindung
kann darin bestehen, daß die LCD-Zelle in den Ausgang einer Flip-Flop-Schaltung
geschaltet ist, welche vom Ausgang des Komparators steuerbar ist.
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In der beigegebenen Schaltungsanordnung ist die Erfindung in Form
eines Blockschaltbildes schematisch dargestellt Die zu Uberwachende Stromquelle
1, insbesondere Trockenbatterie, wird durch den Verbraucher 2, insbesondere ein
elektrisches oder elektronisches Uhrwerk,kontinuierlich oder intermittierend belastet.
Durch einen Komparator 3 wird die an den Klemmen 4 und 5 der Stromquelle 1 verabfolgte
Spannung mit der von einem Spannungsnormal 6 verabfolgten Eichspannung verglichen.
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Wird durch den Komparator festgestellt, daß die zu überwachende Stromquelle,
insbesondere Trockenbatterie, 1 einen Mindestwert an zu verabfolgender Klemmenspannung
4, 5 unterschreitet, so wird von dem Komparator 3 über eine Verbindungsleitung 7
eine bistabile ttultivibratorschaltung (Flip-Flop) 8 gesetzt, so daß über einen
ausgang 9 die LCD;Zelle io schaltbar ist.
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Vorzugsweise erfolgt die Schaltung der LCD-Zelle 1o durch Unterbrechung
der Energiezufuhr, so daß im spannungslosen Zustand eine bestimmte Färbung oder
Markierung der Zelle feststellbar ist, die für den Betrachter oder Benutzer der
Uhr als Kriterium für eine an der Grenze ihrer Funktionsfähigkeit stehende Stromquelle,
insbesondere Trockenbatterie, anzusehen ist.
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Zweckmäßig ist die LCD-Zelle so ausgestaltet, daß auf dieser bei einem
Abschaltevorgang ein den Benutzer oder Betrachter der mit der Spannungsüberwachung
nach der Erfindung bestückten Uhr irgendwie an eine Trockenbatterie erinnerndes
Symbol erscheint.
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Das Spannungsnormal 6 wird zweckmäßig durch eine Halbleiterschaltung
gebildet, die z.B. durch eine Kette von durch Dioden oder Transistoren gebildete
Stabilisierungsstufen, welche auf Grund ihrer großen Anzahl eine extreme Stabilisierung
eines bestimmten Spannungswertes ermöglichen, aufgebaut sein kann.
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Zunächst ist bei der Spannungsüberwachungsvorrichtung nach der Erfindung
eine Messung der an der zu überwachenden Stromquelle, insbesondere Trockenbatterie,
meßbaren Spannung vorgesehen.
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Diese Spannung erlaubt im allgemeinen eine genügende Aussage über
die noch weitere Funktionsfähigkeit der Stromquelle, da in der Regel der mit dem
Verbrauch der Stromquelle neben einer Verringerung der Spannung zu verzeichnende
Anstieg des Innenwiderstandes eine kritische Größenordnung nicht übersteigt.
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Um Jedoch auch für solche Fälle eine ausreichende Spannungsüberwachung
zu ermöglichen, bei denen während des Verbrauches einer Stromquelle, insbesondere
Trockenbatterie, nicht nur eine nach und nach erfolgende Verringerung der Klemmenspannung,
sondern auch ein beachtlicher Anstieg des Innenwiderstandes der Stromquelle festzustellen
ist, ist parallel zur Stromquelle 1 ein Belastungswiderstand 11 vorgesehen, der
über einen Impulsschalter 12 an die Stromquelle 1 impulsweise angeschaltet wird.
Der Belastungswiderstand 11 erzeugt eine über die übliche Belastung durch den Verbraucher,
insbesondere Uhrwerk hinausgehende Stromentnahme, um dadurch den Differentialkoeffizienten
du/di zu ermitteln, welcher dem differentiellen Innenwiderstand der zu überwachenden
Stromquelle 1 entspricht und eine zusätzliche Aussage über die noch verbleibende
Funktionsbereitschaft der Stromquelle 1 ermöglicht. Die Messung des differentiellen
Innenwiderstandes duidi erfolgt also durch die Messung der Klemmenspannung der zu
überwachenden Stromquelle 1 unter einer bestimmten Belastung durch den Belastungswiderstand
11.
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Wird unter dieser Belastung ein Mindestwert der Spannung der zu Uberwachenden
Stromquelle 1 unterschritten, so wird die Stromquelle 1 als verbraucht gemeldet
und die als Indikator dienende LCD-Zelle 1o über den bistabilen Multivibrator 8
eingeschaltet.
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Da die zunächst durch den Komporator 3 und das Spannungsnormal 6 gebildete
Spannungsüberwachungsvorrichtung dauernd in Bereitschaft steht, um die Stromquelle
1 permanent auf ihre Klemmen- oder Ausgangsspannung (4,5) zu überwachen, ist mit
diesem Uberwachungsvorgang ein gewisser Stromverbrauch verbunden, der sich zum Nachteil
der durch den Verbraucher, insbesondere Uhrwerk, aus der zu überwachenden Stromquelle
entnehmbaren Strommenge auswirkt. Das heißt, die Laufzeit des Uhrwerkes pro Stromquellenbestückung
wird dementsprechend verringert.
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Aus diesem Grunde ist der Spannungsüberwachungsvorrichtung eine Zeitschaltungseinrichtung
15 zugeordnet, die aus einem Impulsgeber 16, einem Frequenzteiler 17 und einer Impulsverkürzungsstufe
18 besteht und welcher eine Einschaltstufe nachgeordnet ist.
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Der Impulsgeber 16 verabfolgt in größeren Zeitabständen eine Impulsgabe
an den Frequenzteiler 17, welcher die Frequenz dieser Impulsgabe entsprechend der
Anzahl der ihn bildenden Teilerstufen um den Faktor 2n untersetzt und dann
diese
untersetzte Impulsfrequenz auf die impulskürzende Stufe 18 überträgt, welche ihre
Beaufschlagung durch den Frequenzteiler 17 in einen schmalen, über den Ausgang 19
an die Einschaltestufe 20 verabfolgten Impuls umändert.
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Durch die Einschaltestufe 20 werden der Komparator 3, das Spanungsnormal
6 und der Impulsschalter 12 eingeschaltet, so daß die zu überwachende Stromquelle
1 über den Belastungswiderstand 11 kurzzeitig belastet wird und hierbei gleichzeitig
eine Spannungsprüfung durch den Komparator 3 erfolgen kann.
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Der Impulsgeber 16 wird zweckmäßig durch einen astabilen Multivibrator,
welcher mit zueinander komplementären FET-Transistoren bestückt ist und eine sehr
hohe Ausgleichszeit aufweist, gebildet. Auf diese Weise ist es möglich, in einem
Zeitraum von einigen Minuten Jeweils einen Impuls an den Frequenzteiler 17 zu verabfolgen,
dessen Teilerstufen zweckmäßig durch komplementär-symmetrische MOS-Stufen bestückt
sind. Auf diese Weise wird eine äußerst niedrige Frequenz in den Frequenzteilerstufen
des Frequenzteilers 17 erreicht, so daß der Stromverbrauch der Zeitschaltungsein
richtung 15 äußerst gering gehalten werden kann. Die Auslegung des Frequenzteilers
17 ist derart, daß z.B. täglich ein oder zweimal der Vorgang der Spannungsüberwachung
der Stromquelle 1 erfolgt.
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Dies hat zur Folge, daß die Spannunssüberwachungsvorrichtung praktisch
keinen Stromverbrauch nach sich zieht, wenn man von der bistabilen Multivibratorstufe
(Flip-Flop) 8 und der LCD-Zelle 1o absieht, deren beider Stromverbrauch ist jedoch
außerordentlich gering und fällt gegenüber der Stromaufnahme durch den Verbraucher,
insbesondere Uhrwerk, überhaupt nicht ins Gewicht.
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Ist durch die Spannungsüberwachungsvorrichtung nach der Erfindung
der bevorstehende Verbrauch bzw. das bevorstehende Ende der Funktionsbereitschaft
der Stromquelle 1 festgestellt worden, d.h. ist die LCD-Zelle 1o abgeschaltet, so
daß auf dieser das den Betrachter an den Austausch der Stromquellen erinnernde Symbol
erscheint, wird gleichzeitig über den bistabilen Multivibrator 8 die Einschaltstufe
20 gesperrt, und zwar über die Zuleitung 21, so daß zur Schonung der zu überwachenden
Stromquelle keinerlei Meßvorgänge an dieser mehr vorgenommen werden. Die Meßvorgänge
selbst sind zwar äußerst kurzzeitig und werden in der Regel nur einige msec betragen,
nachdem aber durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung das bevorstehende
Ende der Funktionsbereitschaft der Stromquelle 1 festgestellt und über die LCD-Zelle
indiziert wurde, erübrigt sich die weitere Funktion der Spannungsüberwachungsvorrichtung
nach der Erfindung, da diese wenn auch einen geringen, so doch zusätzlichen Stromverbrauch
der als verbraucht gekennzeichnenden Stromquelle 1 bedeuten «ff8('e.
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Die elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente 3, 6 - 9, 11, 12,
16 - 21 der Spannungsüberwachungsvorrichtung nach der Erfindung, werden zweckmäßig
zu einer integrierten Schaltung zusammengefaßt, die ihrerseits mit der LCD-Zelle
1o zu einer Baueinheit vereinigt ist. Die Spannungsüberwachungsvorrichtung nach
der Erfindung stellt demnach einen einzigen Baustein dar, der bei einem jeden Verbraucher,
insbesondere einer elektrischen oder elektronischen Uhr völlig unabhängig von der
elektrischen oder elektronischen truktur derselben am Gehäuse an einer gut sichtbaren
Stelle eingebaut werden kann und lediglich mit den Klemmen der zu überwachenden
Speisestromquelle, insbesondere Trockenbatterie (4, 5), durch zwei Anschlüsse zu
verbinden ist.
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Ein derar-tiger Baustein könnte für eine Vielzahl von Arten und Typen
von Verbrauchern, insbesondere elektrische und elektronische Uhren verwendet werden
und würde bei einem äußerst geringen Stromverbrauch und sehr geringem Raumaufwand
eine zuverlässige Überwachung der Stromquelle vornehmen.
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