DE3114356A1 - "elektronisches uhrwerk" - Google Patents

Description

"Elektronisches Uhrwerk"

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Uhrwerk mit einem Schrittmotor, einem Oszillator zum Erzeugen eines Standardbezugssignals, mit einem Frequenzteiler, der an den Oszillator angekoppelt ist, und mit einem Motorantriebsschaltkreis, der an den Frequenzteiler angekoppelt ist zum Liefern von Energie an den Motor in Form von Antriebsimpulsen. Bei der Auslegung eines solchen Uhrwerks versucht man, den Gesamtwirkungsgrad maximal zu machen, d.h., das Verhältnis zwischen der von dem Motor gelieferten mechanischen Energie zum Antrieb der Analoganzeigeorgane und der von der Batterie gelieferten elektrischen Energie, um von dem Gesamtuhrwerk eine zuverlässige Funktion während maximaler Dauer erwarten zu können. Der Aufbau der unterschiedlichen Teile des Uhrwerks, wie auch seine Funktion, sind für eine bestimmte Batteriespannung ausgelegt.

Insbesondere der Schrittschaltmotor, welcher der Hauptverbraucher der Energie ist, muß in seiner Konstruktion optimiert werden. Die Suche nach dem besten Verhältnis zwischen Nutzmoment und Verbrauch führt im einzelnen dazu, für die Wicklung einen bestimmten Drahtdurchmesser zu wählen und für den Antrieb des Motors unter Berücksichtigung seiner Belastung eine bestimmte Antriebsimpulsenergie festzulegen.

Die Ausstattung eines Uhrwerks mit einer Batterie, die eine Spannung abweichend von derjenigen besitzt, für die das Uhrwerk ausgelegt worden war, führt demgemäß, wenn nicht sogar zu einer schlechten Funktion, jeden^axls aber zu einer Verringerung der

-y- v.

Brauchbarkeit infolge Erhöhung des Verbrauchs.

Die unterschiedlichen Typen von Batterien, die gegenwärtig verfügbar sind, weisen jedoch Spannungen auf, die sich erheblich voneinander unterscheiden. Beispielsweise entspricht einer Quecksilberbatterie ©ine Spannung von 1,35 V, während die Silberbatterien oder Lithiumbatterien 1,55 V bzw. 3,0 V liefern.

Der Benutzer 1st demgemäß gehalten, eine Batterie bestimmten Typs zu verwenden, d.h. er kann auch in dem Fall, daß der Preis der unterschiedlichen Batterietypen sich erheblich unterscheidet, nicht dio jeweils ökonomischste Auswahl treffen.

Darüber hinaus kann es lokal oder auch insgesamt Schwierigkeiten bei der Beschaffung geben, die es verhindern, daß der Benutzer die von ihm gesuchte Batterie bekommt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Schwierigkeiten zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß öin Uhrwerk geschaffen wird, welches von unterschiedlichen Typen von Batterien gespeist werden kann, d.h. solchen, die unterschiedliche Spannungen besitzen. Das Uhrwerk umfaßt zu diesem Zwack Schaltkreise zum Erfassen des Typs der Batterie, die angeschlossen wird, während der Antriebsschaltkreis des Motors Mittel aufweist, die von den Erfassungsechaltkreisen gesteuert sind zur Anpassung bzw. Modifikation der Antriebsimpulse derart, daß ihre Energie im wesentlichen den gleichen Wert behält, unabhängig davon,welche Spannung die Batterie liefert, mit der das Uhrwerk versehen worden ist.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung modifizieren die Anpaßmittel die Dauer der Antriebsimpulse.

In einer zweiten Ausführunqsform erzeugen die Antriebsmittel Impulszüge mi L unterschiedlichem Zyklusverhältnis, d.h. Tastenverhältnis innerhalb der Impulsperiode..

Wolter© Merkmale der Erfindung urqeben sich aus den Unteransprüchen, wobei die aus ihnen resultierenden Vorteile sich

31U356

aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen entnahmen lassen, bei der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1 zeigt das Blockschema eines konventionellen Uhrwerks und

Fig. 2 und 3 zeigen ebenfalls in Blockschemaform zwei Ausführungsformen des Uhrwerks gemäß der Erfindung.

Das konventionelle Uhrwerk gemäß Fig. 1 umfaßt zum Erzeugen eines Zeitbasissignals einen Q_Uarzoszillator 1, der ein Standardfrequenzsignal von beispielsweise 32 kHz liefert, und zwar an einen Frequenzteilerkreis 2, bestehend aus einer Serie von Kippstufen, die in Kaskade geschaltet sind. Das Zeitbasissignal, geliefert von dem Teilerschaltkreis 2, wird zu einem Antriebsschaltkreis 3 des Schrittschaltmotors 6 übertragen. Der Motor 6 treibt Analoganzeigeorgane an, die hier nicht dargestellt sind. Der Antriebsschaltkreis 3 des Motors umfaßt einen Generatorkreis für Steuerimpulse 4, der mit der Ausgangsfrequenz des Teilerschaltkreises 2, die an ihm anliegen, Steuerimpulse konstanter Amplitude und festgelegter Dauer erzeugt, sowie einen Steuerkreis 5 des Motors, der die Steuerimpulse des Schaltkreises 4 an den Motor 6 in Form von Antriebsimpulsen mit im allgemeinen alternierender Polarität anlegt. Eine Batterie 7 vorgegebenen Typs, beispielsweise eine Silberbatterie, liefert die Energie für die verschiedenen Schaltkreise 1, 2, 4, 5 und den Motor 6 über den Steuerkreis 5.

Fig. 2 ist ein Blockschema zur Darstellung einer ersten Ausführungsform des Uhrwerks gemäß der Erfindung,bei der man die Impulsdauer für die Steuerung des Motors an die Spannung der Batterie angepaßt hat, mit der das Uhrwerk ausgestattet ist, um eine Funktion des Motors unter quasi-optimalen Bedingungen sicherzustellen.

Der Oszillator 1, der Teilerkreis 2, der Steuerkreis 5 und der Motor 6 P'r'i identisch mit denen des konventionellen Uhrwerks gemäß Fiq. 1. Mit dem Bezugszeichen 7 jedoch ist hier eine Batterie irgendeines übJ ichen Tvns bezeichnet, also eine

.. ... ... 31H356

-r-t:

Lithium-, Silber- oder Quecksilberbatterie.

■ Gemäß der Erfindung umfaßt das Uhrwerk zusätzlich einen Spannungsdetektor mit zwei Schwellen 8, der an die Batterieklemmen gelegt ist. Der Schaltkreis 8 vergleicht die Spannung der Batterie 7 mit zwei gespeicherten Bezugswerten, die so gewählt sind, daß sich drei Spannungsbereiche ergeben, in deren "jedem die Spannung eines Typs von Batterie liegen kann, welche oben genannt wurden. Der Schaltkreis liefert an seine Ausgänge S₁ und 8„ Signale, die repräsentativ sind für den Batterietyp, mit dem das Uhrwerk versehen worden ist.Man kann beispielsweise die Bezugsspannungswerte bei 1,45 V und 1,80 V festlegen. Ferner umfaßt das Uhrwerk Mittel zum Anpassen der Steuerimpulse gebildet von einem Impulsformerkreis 9, welcher den Steuerimpuls- generator 4 aus Fig. 1 bei dem konventionellen Uhrwerk ersetzt. Der Impulsformerkreis 9 ist in der Lage,Impulse von drei unterschiedlichen Dauern zu erzeugen, je nach den Signalen, die er vom Detektorkreis 8 an seinen Steuereingängen 9 bzw. 9_ empfängt, wobei jede Impulsdauer einem bestimmten Batterietyp zugeordnet ist und im wesentlichen umgekehrt proportional der Spannung der Batterie ist, welche zugeordnet ist. Die Energie der zu Motor 6 übertragenen Antriebsimpulse bleibt demgemäß im wesentlichen gleich unabhängig von der Versorgungsspannung. Man wird vorzugsweise Impulsdauern von 4,0 ms für eine Lithiumbatterie wählen, 7,8 ms für eine Silberbatterie und 9,0 ms für eine Quecksilberbatterie. Der Impulsformerkreis 9 kann aus drei Elementarkreisen bestehen ähnlich dem Impulsgenerator 4 aus Fig.1 bei dem konventionellen Uhrwerk, wobei diese drei Elementarkreise parallel geschaltet sind und jeweils in der Lage sind, Impulse festgelegter Dauer zu liefern/ jedoch individuell aktivierbar sind durch die Signale des Spannungsdetektorkreises 8. Der Impulsformerkreis kann jedoch auch aus einem Impulskombinationskreis bestehen, der an sich bekannt ist und die Ausgangssignale der unterschiedlichen Kippstufen des Teilerkreises 2 kombiniert, um Impulse unterschiedlicher Dauer zu erzeugen.

Das insoweit beschriebene Uhrwerk arbeitet noch unter guten Bedingungen, wenn man es mit einer Batterie anderen Typs ausstattet als jenem,für das es ausgelegt war,doch entspricht die

Impulsdauer von 4,0 ms, 7,8 ms oder 9,0 ms nicht mehr einem Optimalwert für die verwendete Batterie. Um ein Uhrwerk zu realisieren, das unter besten Bedingungen arbeitet, unabhängig von der Spannung der Batterie_/mit der es ausgestattet ist, genügt es, die Zahl der Schwellen für den Detektorkreis 8 zu vervielfachen, und einen Steuerimpulsfonrer ■ - 9 vorzusehen, der in der Lage ist, eine Anzahl von Impulsen vorgegebener unterschiedlicher Dauern zu erzeugen, mindestens gleich der Anzahl von Spannunqsbereichen, definiert von den Schwellen des Detektorkreises 8, wobei jede Impulsdauer im wesentlichen umgekehrt proportional der Batteriespannung ist, die in dem entsprechenden Bereich liegt.

Man kann auch die Energie der Antriebsimpulse, die an den Motor geliefert werden, im wesentlichen konstant halten, unabhängig vom Typ der Batterie, mit der das Uhrwerk ausgestattet ist, indem man nicht nur Impulse variabler Dauer erzeugt, sondern Reihen kurzer Imnulse,wobei die Dauer dieser Impulsreihen festgelegt ist, jedoch das Tastverhältnis variabel ist, d.h. das Verhältnis zwischen der Dauer eines Impulses und der Gesamtperiode der Impulse. Die Induktivität des Motors wirkt wie ein Filter auf solche Inipulsreihen, deren Effekt derselbe ist wie derjenige von Antriebsimpulsen gleicher Dauer, wie die Dauer der Impulsreihen selbst,wobei jedoch die Amplitude um einen Faktor verringert ist, der dem . Tastverhältnis entspricht. Dies kann wie in Fig. 3 dargestellt realisiert werden, in der -man die in Figuren 1 und 2 ebenfalls vorhandenen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen hat.

Der Impulsformerkreis 9 (Fig. 2) für Impulse unterschiedlicher Dauer ist hier ersetzt durch einen Generatorkreis 10, der nur noch Impulse gleicher Dauer erzeugt, wobei diese Dauer mindestens gleich der Optimaldauer für die Batterie niedrigster Spannung sein rnuß^mit der das Uhrwerk versehen werden kann. Ferner ist ein Zerhackerkreis 11 vorgesehen, der zwischen den Impulsformerkj-eiH 10 und den Motorsteuerkreis 5 geschaltet ist. Der Zerhackerkreis 11, an .sich bekannt, ist an verschiedene Zwischenausqänqe des Freauonzteilerkreises 2 angeschlossen und empfangt an seinen S teuerei;. fingen 1I₁ und 11 „ die Ausgangs-

signale des Spannungsdetektors 8. Der Zerhackerkreis erzeugt, ausgehend von den Impulsen, die er vom Generator tO empfängt, kürzere Impulszüge, deren Frequenz in der Größenordnung von Küoherz liegen kann (beispielsweise 1024 Hz) und deren . Tastverhältnis abhängt vom Typ der verwendeten Batterie.

Wie im Fall der Ausführungsform nach Fig. 2 könnte man sich mit einem Zwei-Schwellen-Detektor zufrieden geben und die Möglichkeit von drei Tastverhältnissen für die Impulsreihen

vorsehen, erzeugt von dem Zerhackerkreis 11,.oder aber man könnte die Anzahl der Schwellen und die Anzahl der entsprechenden Tastverhältnisse vervielfachen, wenn man eine optimale Funktion des Uhrwerks unabhängig von der Spannung der Batterie anstrebt.

In all den genannten Fällen erhält man optimale Funktion durch Auswahl eines Tastverhältnisses, das im wesentlichen umgekehrt proportional der Spannung der Batterie ist. Das größte dieser Tastverhältnisse könnte gleich eins sein, wenn die Dauer der Impulse, geliefert vom Impulsformerkreis 10; der optimalen Dauer für die Speisespannung entspricht, die am geringsten ist.

Es ist einfach, das Uhrwerk gemäß der Erfindung mit einer Anordnung auszustatten, welche es erlaubt, die Energie der Antriebsimpulse, welche dem Motor zugeführt werden, an seine augenblickliche Belastung anzupassen. Es genügt hierfür, einen Belastungsdetektor und/oder einen Motordrehdetektor vorzusehen, angekoppelt entweder an den Impulsformerkreis 9 (Fig. 2) oder an den Zerhackerkreis 11 (Fig. 3), der, indem er demgemäß Mittel enthält zum Kombinieren der Informationen, geliefert vom Spannuhgsdetektorkreis für die Batterie und dem Belastungs- oder Motordrehdetektor, dem Steuerkreis 5 Impulse oder Impulsreihen zuführt, deren Energie optimal ist unter Berücksichtigung sowohl der Versorgungsspannung als auch der augenblicklichen Belastung des Motors. Man vergrößert dadurch den Bereich der Impulsdauer oder der Tastvorhältnisse, um diese zusätzliche Anpassung an die Belastung des Motors zu ermöglichen, unabhängig vom Typ der verwende ton Batterie unt.^r Berücksichtigung der Tatsache,

31U356

daß bestimmte Werte der Impulsdauern oder der Tastverhältnisse, vorgesehen für einen Batterietyp und maximale Belastung des Motors, brauchbar sind für eine Batterie höherer Spannung und eine geringere Motorbelastung.

Im übrigen genügt es, eine zusätzliche untere Schwelle vorzusehen, damit der Spannungsdetektorkreis 8 zugleich einen Detektor für das Ende der Batterielebensdauer bildet. Sobald nämlich die Spannung der Batterie abfällt und den Schwellenwert des Detektorkreises unschreitet, der sich unmittelbar unterhalb des Normalwertes der Batteriespannung befindet, werden die Ausgangssignale des Detektorkreises 8 modifiziert. Es genügt demgemäß, die Ausgänge, die bereits vorgesehen sind, und einen zusätzlichen Ausgang entsprechend der zusätzlichen unteren Schwelle an einen einfachen Logikschaltkreis anzuschließen, mit dem eine Alarmanordnung (Geräuschalarm oder Sichtalarm) gesteuert wird, um so das Uhrwerk mit einer Warneinrichtung hinsichtlich des Batterielebensdauerendes auszustatten.

Ferner wird bei dem größten Teil der Batterietypen der Motor immer noch mit einer hinreichenden Energie gespeist, selbst während einiger Tage nach dem Beginn des Spannungsabfalls der Batterie, da die Impulsdauer oder das Tastverhältnis für die Impulsreihen sich vergrößert, je nach dem Unterschreiten der immer tiefer liegenden Schwellenwerte der Detektoranordnung durch die Batteriespannung.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Man kann beispielsweise die Energie der dem Motor zugeführten Steuerimpulse im wesentlichen konstant halten, unabhängig vom Tvp der Batterie, und evtl. diese Energie an die Belastung des Motors anpassen, indem man einen Impulsformerkreis für unterschiedliche Dauer anschließt sowie ein Zerhackerkreis zum Ableiten von Impulszügen unterschiedlicher Dauer und mit variablem Tastverhältnis.

Man kann al eichermaßen auch impulsreihen mit konstantem Tastverhältnis erzeugen, die jedoch amplitudenmoduliert sind, und den Modulationsgrad verändern in Abhängigkeit von der Batterie-

31H356

spannung.

Darüber hinaus kann man andere Mittel als einen Spannungsdetektor vorsehen, um den Typ der Batterie zu identifizierettj mit der das Uhrwerk versehen wird/ beispielsweise mit Anordnungen, die das Vorhandensein oder Fehlen mechanischer Anpaßmittel erfassen, deren Verwendung erforderlich werden könnte infolge unterschiedlicher Form oder Abmessungen zwischen unterschiedlichen Batterietypen.

Claims (10)

1. Patentansprüche

   (λ * Elektronisches Uhrwerk, das von unterschiedlichen Batterietypen mit unterschiedlichen Spannungen gespeist werden kann, mit einem Schrittschaltmotor, einem Oszillator zum Erzeugen eines Basisfrequenzsignals, einem an dem Oszillator angekoppelten Frequenzteiler und einem Motorantriebskreis, angekoppelt an den Frequenzteiler und ausgebildet zum Liefern von Energie an den Motor in Form von Antriebsimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß das Uhrwerk eine Detektoranordnung (8) zum Bestimmen des Batterietyps (7) umfaßt; mit dem das Uhrwerk bestückt ist, und daß der Motorantriebskreis (3) Anpaßschaltkreise (9; 10, 11) umfaßt, gesteuert von der Detektoranordnung (8) zum Modifizieren der Antriebsimpulse derart, daß ihre Energie im wesentlichen bei demselben Wert gehalten wird unabhängig von der Batteriespannung, mit der das Uhrwerk betrieben wird.
2. 2. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (8) einen Spannungsdetektorkreis umfaßt, mittels dem die Batteriespannung (7) mit mindestens einem Bezugswert verglichen werden kann.
3. 3. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpaßschaltkreise eine Impulsformerschaltung (9) umfassen, bestimmt und geeignet zum Erzeugen von Impulsen vorgegebener unterschiedlicher Dauer, wobei jede Impulsdauer einem bestimmten Batterietvp zugeordnet ist.
4. 4. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jode Impulsdauer im wesentlichen umgekehrt proprotional der Spannung ist, zugeordnet dem Batterietyp, zu

   .--..-. . .-. : 31U356

   *■-" ■ — 2 welchem diese Impulsdauer gehört.
5. 5. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerschaltung mehrere Impulsgerieratorkreise umfaßt, bestimmt und geeignet zum getrennten Erzeugen von Impulsen vorgegebener Dauer, und daß jeweils ein einzelner Impulsgenerator durch die Detektoranordnunq aktivierbar ist. ν
6. 6. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerschaltung (9) eine Schaltung zum Kombinieren von Impulsen umfaßt.
7. 7. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpaßschaltkreise einen Generatorkreis (10) für Impulse konstanter Dauer sowie einen Umsetzkreis (11) umfassen, bestimmt und geeignet, um aus den Impulsen konstanter Dauer Reihen kurzer linpulse mit vorgegebenen unterschiedlichen Tastverhältnissen zu erzeugen, wobei jedes Tastverhältnis mindestens einem Batterietyp zugeordnet ist.
8. 8. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Tastverhältnis im wesentlichen umgekehrt proportional dor entsprechenden Spannung des Batterietyps ist/ dem das Tastverhältnis zugeordnet ist.
9. 9,. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsdetektorkreis (8) für den Vergleich der Batteriespannung, mit der das Uhrwerk betrieben wird/ mit zwei Bezugswerten ausgebildet ist, wobei diese Bezugswerte drei Spannungsbereiche für die Batterien begrenzen, in welchen sich die Spannungen von Quecksilber-, Silber- bzw, Lithiumbatterien befinden.
10. 10. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsdetektorkreis (8) gleichzeitig für die Steuerung eines Anzeigers für das Ende der Batterielebensdauer ausgebildet ist.