DE3114356C2 - - Google Patents

Description

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, jedenfalls aber zu einer Verringerung der 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 eine Spannung von 1,35 V, während die Silberbatterien oder Lithiumbatterien 1,55 V bzw. 3,0 V liefern.

Der Benutzer ist 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 die jeweils ökonomischste Auswahl treffen.

Darüberhinaus 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 obengenannten Schwierigkeiten in der Weise zu vermeiden, daß im wesentlichen ohne Nachteile unterschiedliche Batterietypen eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe liegt auch der früher angemeldeten deutschen Patentanmeldung gemäß DE-OS 30 26 321 zugrunde und die im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Lösungsmittel haben diese ältere Anmeldung und die vorliegende Erfindung gemeinsam. Während jedoch das Uhrwerk gemäß DE-OS 30 26 321 als Detektoranordnung Schaltkreise vorsieht, die die Batteriespannung direkt ermitteln, erfolgt gemäß vorliegender Erfindung die Ermittlung des Batterietyps durch Abtasten körperlicher Merkmale der Batterie.

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 Quarzoszillator 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 Neuspannung des Batterietyps angepaßt hat, mit dem 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 sind identisch mit denen des konventionellen Uhrwerks gemäß Fig. 1. Mit dem Bezugszeichen 7 jedoch ist hier eine Batterie irgendeines üblichen Typs bezeichnet, also eine Lithium-, Silber- oder Quecksilberbatterie.

Gemäß der Erfindung umfaßt das Uhrwerk zusätzlich einen Batteriedetektor 8, der an seine Ausgänge 8₁ und 8₂ Signale liefert, die repräsentativ sind für den Batterietyp, mit dem das Uhrwerk versehen worden ist. Ferner umfaßt das Uhrwerk Mittel zum Anpassen der Steuerimpulse, gebildet von einem Impulsformerkreis 9, welcher den Steuerimpulsgenerator 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 9₁ bzw. 9₂ empfängt, wobei jede Impulsdauer einem bestimmten Batterietyp zugeordnet ist und im wesentlichen umgekehrt proportional der Spannung des Batterietyps ist, welcher 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 Batteriedetektors 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.

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 Impulse, 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 Impulsreihen, 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 Fig. 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 muß, mit der das Uhrwerk versehen werden kann. Ferner ist ein Zerhackerkreis 11 vorgesehen, der zwischen den Impulsformerkreis 10 und den Motorsteuerkreis 5 geschaltet ist. Der Zerhackerkreis 11, an sich bekannt, ist an verschiedene Zwischenausgänge des Frequenzteilerkreises 2 angeschlossen und empfängt an seinen Steuereingängen 11₁ und 11₂ die Ausgangssignale des Batteriedetektors 8. Der Zerhackerkreis erzeugt, ausgehend von den Impulsen, die er vom Generator 10 empfängt, kürzere Impulszüge, deren Frequenz in der Größenordnung von Kilohertz liegen kann (beispielsweise 1024 Hz) und deren Tastverhältnis abhängt vom Typ der verwendeten Batterie.

Bei dieser Ausführungsform erhält man optimale Funktion durch Auswahl eines Tastverhältnisses, das im wesentlichen umgekehrt proportional der Nennspannung des Batterietyps 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 Batteriedetektor und dem Belastungs- oder Motordrehdetektor, dem Steuerkreis 5 Impulse oder Impulsreihen zuführt, deren Energie optimal ist unter Berücksichtigung sowohl der Nennspannung des Batterietyps als auch der augenblicklichen Belastung des Motors. Man vergrößert dadurch den Bereich der Impulsdauer oder der Tastverhältnisse, um diese zusätzliche Anpassung an die Belastung des Motors zu ermöglichen, unabhängig vom Typ der verwendeten Batterie unter Berücksichtigung der Tatsache, 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.

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

Man kann gleichermaßen auch Impulsreihen mit konstantem Tastverhältnis erzeugen, die jedoch amplitudenmoduliert sind, und den Modulationsgrad verändern in Abhängigkeit von der Nennspannung des Batterietyps.

Um den Typ der Batterie zu identifizieren, mit der das Uhrwerk versehen wird, kann der Batteriedetektor beispielsweise mit Anordnungen versehen sein, die das Vorhandensein oder Fehlen mechanischer Anpaßmittel erfassen, deren Verwendung erforderlich werden könnte infolge unterschiedlicher Form oder Abmessungen zwischen unterschiedlichen Batterietypen.

Claims (7)

1. Elektronisches Uhrwerk mit einem Schrittschaltmotor, einem Oszillator zum Erzeugen eines Frequenzstandardsignals, einem an den Oszillator angekoppelten Frequenzteiler und einem an diesen angekoppelten Antriebsschaltkreis für den Motor, um diesen mit Energie in Form von Antriebsimpulsen zu speisen, wobei das Uhrwerk für den Betrieb mit Batterien unterschiedlichen Typs konzipiert ist, von denen mindestens einige unterschiedliche Nennspannungen besitzen und wobei der Motorantriebsschaltkreis Anpaßschaltkreis umfaßt, gesteuert von einer Detektoranordnung zum Bestimmen des Batterietyps und zum davon abhängigen Modifizieren der Antriebsimpulse derart, daß ihre Energie im wesentlichen den gleichen Wert aufweist unabhängig von der Nennspannung des Batterietyps, mit dem das Uhrwerk bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (8) den Batterietyp unabhängig von der Batteriespannung durch Abtasten körperlicher Merkmale ermittelnd ausgebildet ist.

2. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpaßschaltkreise eine Impulsformerschaltung (9) umfassen, bestimmt und geeignet zum Erzeugen von Impulsen vorgegebener unterschiedlicher Dauer, wobei jede Impulsdauer einem bestimmten Batterietyp zugeordnet ist.

3. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Impulsdauer im wesentlichen umgekehrt proportional der Spannung ist, zugeordnet dem Batterietyp, zu welchem diese Impulsdauer gehört.

4. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerschaltung mehrere Impulsgeneratorkreise umfaßt, bestimmt und geeignet zum getrennten Erzeugen von Impulsen vorgegebener Dauer, und daß jeweils ein einzelner Impulsgenerator durch die Detektoranordnung aktivierbar ist.

5. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerschaltung (9) eine Schaltung zum Kombinieren von Impulsen umfaßt.

6. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 1, 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 Impulse mit vorgegebenen unterschiedlichen Tastverhältnissen zu erzeugen, wobei jedes Tastverhältnis mindestens einem Batterietyp zugeordnet ist.

7. Elektronisches Uhrwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Tastverhältnis im wesentlichen umgekehrt proportional der entsprechenden Spannung des Batterietyps ist, dem das Tastverhältnis zugeordnet ist.