DE3437492A1

DE3437492A1 - Elektrisches uhrwerk mit einem elektronischen oszillator

Info

Publication number: DE3437492A1
Application number: DE19843437492
Authority: DE
Inventors: Lothar 7742 St Georgen Schrickel
Original assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Current assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1986-04-17

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Uhrwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

i| Zweck der Erfindung ist es, die Herstellung elektrischer Uhren zu begünstigen.

<| Bei elektrischen Uhren mit einer Quarz-Oszillatorschaltung als zeithaltendem Glied ist, bedingt durch die ToTeranzwerte der verwendeten elektrischen oder elektronischen Bauelemente, in der Regel ein Abgleich, erforderlich, um den Quarz-Oszillator auf die erwünschte Schwingungsfrequenz einzustellen. Hierzu wird bisher ein kleiner Trimmerkondensator verwendet, der auf der auch die übrigen Bauelemente tragenden gedruckten Leiterplatte aufgebracht und mit Leiterbahnen derselben verbunden ist,

So ist beispielsweise bei einer bekannten Anordnung eines Quarzuhrwerkes ein Trimmerkondensator mit einer maximalen Kapazität von ca. 22 pF und einer Anfangskapazität von ca. 2 pF verwendet, der somit um den Bereich von ca. 2o pF verstellbar ist. Ein solcher Trimmerkondensator ist feinmechanisch betrachtet, ein verhältnismäßig schwieriges Bauteil, das dementsprechend teuer ist. Hinzu kommt, daß der Trimmerkondensator auf die gedruckte Leiterplatte zusammen mit den anderen Bauelementen der Quarzuhrenschaltung aufzubringen ist und hierbei für die automatische Bestückung natürlich einen eigenen Setztakt erfordert,

Der Trimmerkondensator benötigt auf der gsdruclten Leiterplatte einen gewissen Raum, der für andere Bauelemente nicht mehr zur Verfügung steht.

Bei den heute üblichen Quarzuhrwerken wird in aller Regel eine sogenannte Pierceschaltung in modifizierter Form für die Quarzschwingschaltung verwendet, da diese eine Reihe von Eigenschaften aufweist, welche für die Anwendung als Zeitsteuerschaltung mit Batteriebetrieb vorteilhaft sind. Bei dieser Quarzschwingschaltung sind zwei Schwingkapazitäten vorgesehen, welche von den Quarzanschlüssen nach ein und demselben Potential führen. Eine dieser beiden Schwingkapazitäten wurde bisher als Festkapazität ausgebildet, die andere als einstellbare Trimmerkapazität. Hierbei kann die Festkapazität entweder diskret mit auf der gedruckten Leiterplatte aufgebracht odelr. aber - was vorteilhafter ist - in die integrierte Quarzschvilng- und Frequenzteilerschaltung, dem sogenannten Quarz-IC miteinbezogen sein.

Ober die Fertigung von Quarzuhrwerken liegt in den Uhrenfabriken inzwischen ein umfangreiches Erfahrungswissen vor. So hat es sich gezeigt, daß auf Grund der inzwischen erreichten hohen Toleranzgenauigkeit bei der Fertigung elektronischer Bauelemente ein Abgleich der Quarzuhrwerke in der Uhrenfertigung nur in einem sehr kleinen Bereich der Abgleichkapazität erforderlich ist. Ja, hei geringeren Ansprüchen an die Zeithaltegenauigkeit der Quarzuhrwerke, wie sie z.B. hei billigeren Uhren durchaus vertretbar wäre, könnte ein Abgleich sogar ganz entfallen.

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Das heißt, der Abgleichtrimmer könnte ggf. auch durch einen Festkondensator ersetzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei insbesondere quarzgesteuerten elektrische" Uhrwerker' die Abgleicheinrichtung für den Steuerquarz zu vereinfachen und zu verbilligen, sowie diese in ihren Abmessungen zu verkleinern.

Die Erfindung löst diese gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 umschlossenen Maßnahmen.

Eine Reihe Merkmale der Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung sind in den deroPatentanspruch 1 nachgeordneten Unteransprüchen umschlossen.

Mit der Erfindung sind eine Reihe von Vorteilen verbunden.

Das Aufbringen der Abgleicheinrichtung unmittelbar auf die Beschichtung und die Miteinbeziehung in das übrige Leiterbahnennetz der gedruckten Leiterplatte,so wie dies in den Patentansprüchen beansprucht ist, hat einen unerwartet hohen Raumvorteil zur Folge.

Zum Aufbringen der Ahgleichskapazität auf die gedruckte Leiterplatte ist kein besonderer Arbeitsgang mehr erforderlich.

Es ist auf einfache Weise möglich, einen automatischen Abgleich der Kapazität vorzunehmen.

Der einmal abgeglichene Kapazitätswert bleibt weitgehend konstant.

Bei einfacheren Uhren, bei denen auf einen Abgleich verzichtet werden kann, sind überhaupt keine Maßnahmen zur Aufbringung oder

zum Abgleich der Kapazität erford«rlich. ι

Die elektrische Uhr nach der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung erläutert und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:

Figur 3 eine Schaltungsanordnung des Uhrwerkes nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist das Uhrwerk 1 durch an dieses angeformte Kunststoffansätze 17a, 17b in den Ausnehmnungen 58a, 58b (Fig. 2) der gedruckten Leiterplatte 1o verrastet und dadurch an dieser gehaltert. Das Uhrwerk 1 ist als ein Weckeruhrwerk ausgebildet, d.h. neben einer Zeitanzeige ist auch eine Wecksignalverabfolgung möglich.

Hierzu sind auf der gedruckten Leiterplatte 1o neben dem integrierten Schaltkreis 4 und dem Steuerquarz 3Auch ein elektromagnetischer Summer 5 u.ein Schalttransistor 6 vorgesehen.

Figur 1 eine Seitenansicht des Uhrwerkes nach der Erfindung;

Figur 2 eine Draufsicht auf das Uhrwerk nach der Erfindung; ψ.

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Die Bauteile 3-6 sind in Bohrungen der gedruckten Leiterplatte 1o eingesetzt und auf der Oberseite 1oa der gedruckten Leiterplatte 1o mit den Leiterbahnen 22a - 28 verlötet.

Die gedruckte Leiterplatte 1o wird in einer Ausformung von den konzentrischen Wellen 11 - 14 des Zeigerwerkes durchragt, auf denen die nicht dargestellten Sekunden-, Minuten-, Stunden- und Weckerstellzeiger - zum Teil auf Ansätzen 12a - 14a aufgebracht sind. Hierbei ist das Weckerstellrohr 15 und das mit diesem eine Einheit bildende Weckerstellrad 15 entgegen der Wirkung der Weckerfeder 16 axial relativ zu dem über den Wechsel 21 angetriebenen Stundenrohr verschiebbar.

Die Weckerfeder 16 weist an beiden Enden 3o und 31 Ausnehmungen 32 und 33 auf, in welche Zungen 43 und 44 hineinragen, die in Ausnehmungen 46, 47 der Ansätze 17a, 17b des Uhrwerkes 1 unter Verspannung der Weckerfeder 16 mittels der Sicken 41 gegen das Weckerstellrad 15 verrastet sind.

Das Weckerstellrad 15 mit dem Weckerstellrohr 14 und dam nicht gezeichneten Weckerstellzeiger, sind über die Verzahnung 15a, das Stellritzel 18 mit der Stellwelle 19 und dem Stellrad 2o auf die gewünschte Weckzeit einstellbar. Fällt das Weckerstellrad 15 bei Eintreten aer eingestellten Weckzeit in bekannter Weise in Ausnehmungen oder Lücken des mit dem Stundenrohr 13 verbundenen Stundenrades ein, so wird das Weckerstellrad 15 unter Wirkung der Weckerfeder 16 axial in Richtung auf das Uhrwerk 1 verschoben, so daß die Kontakte 5oa, 5ob der Weckerfeder 16 mit Gegenkontakten 51a, 51b der gedruckten

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Leiterplatte 1o zur Berührung gelangen, welche mit deren Leiterbahnen 22h und 26 verbunden sind. Dadurch wird der WecksignaLstromkreis geschlossen und das Wecksignal des Summers. 5 ettönt.

In Fig. 3 ist die Schaltungsanordnung - zum Teil schematisch dargestellt. An die Mschlüsse (3) und (5) des integrierten Schaltkreises 4 ist der in Fig. 1 und 2 nicht ersichtliche Schrittmotor 7 des Uhrwerkes 1 angeschlossen, der sekundlich fortgeschaltet wird. Ober den Anschluß (6) erfolgt die Steuerung der Basis des Steuertransistors 6 zur Modulation des Wecksignales von den verknüpften Stufen des Frequenzteilers her, welcher der Quarzschwingschaltung nachgeordnet ist.

Die Einschaltung des Summers 5 selbst erfolgt im Emitter-Kollektorkreis des Steuertransistors 6, und zwar durch die Weckfeder 16 über deren Kontakte 5oa, 5ob und die Gegenkontakte 51a, 51b auf der gedruckten Leiterplatte 1o. Hierbei kommt ein Stromweg von OV, über die Weckfeder 16, den Steuertransistor 6, den Summer 5 und +UB zustande, der letzteren ertönen läßt und der durch eine äußere Einflußnahme auf die Weckerfeder 16 (z.B. Verstellen der Weckerfeder 16 um die Achse 42-42 und dadurch bedingte Trennung eines der beiden Kontaktpaare 5oa, 51a; 5ob, 51b) wieder bedarfsweise unterbunden werden kann.

An die Anschlüsse (7) und (8) des integrierten Schaltkreises 4 ist nun der Schwingquarz 3 angeschlossen, dessen Anschlüsse 3a, 3b über die abgleichbare Kapazität 6o und die angedeutete Kapazität auch mit +UB verbunden sind.

Durch diese Schaltungskonfiguration wird eine modifizierte Pierceschaltung gebildet. Die Kapazität 61 ist zweckmäßig in dem integrierten Schaltkreis 4 mit umschlossen, deren Darstellung erfolgt, deiihalh gestrichelt.

Gemäß der Erfindung ist nun, wie insbesondere die Fig. 2 zeig:, die abgleichbare Kapazität 6o auf der gedruckten Leiterplatte 1 ο in Form einer durch Leiterbahnen gebildeten Flachkondensatoranordnung dargestellt.

Hierbei werden von zwei parallelen, einander gegenüberliegenden Leiterbahnen 6oa, 6ob senkrecht zu diesen verlaufende Vorsprünge 6oc, 6od vorgesehen, welche ineinandergreifend verlaufen, ohne sich jedoch, gegenseitig galvanisch zu berühren. Dieses durch die ineinandergreifenden Leiterbahnelemente"6oc, 6od zweier einander sich gegenüberliegender Leiterbahnen 6oa, 6ob gebildete Leiterbahnensystem 6oa - 6od stellt nun eine abgleichbare Kapazität 6o dar, welche lediglich durch Abätzen der Beschichtung der Leiterplatte 1o zusammen mit dem übrigen Leiterbahnennetz hergestellt und gleichzeitig mit diesem verbunden wird.

Zum Abgleich dieser Kapazität 6o kann z.B. innerhalb des Leiterbahnensystemes 6oa - 6od eine Schleifbahn 62 im Bereich des Leiterbahnensystemes 6oa - 6od aufgebracht werden, so, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, so daß eine Abtrennung bzw. Verkürzung von Teilen der Leiterhahnen 6oc, 6od erfolgt. Dadurch wird der Kapazitätswert verändert und die Frequenz der Quarzschwingschaltung 3, 4; 6o, 61 auf den Nenn- oder Sollwert eingestellt.

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Diese Einstellung oder Ahgleichung wird vollautomatisch durchgeführt .

Eine andere Möglichkeit des. spanabhebenden Abgleiches besteht z.B. in einem Ausbohren einzslner Bahnen 6oc, 6od des Leiterbahnensystemes 6oa - 6od, welches die Kapazität 60 bildet.

Für billigere Uhrwerke, für die ein Abgleich der Kapazität 60 nicht vorgesehen oder nicht erforderlich ist, kann andererseits die Kapazität 60 praktisch ohne jede Mehrkosten auf der gedruckten Leiterplatte 1o mit ausgearbeitet und gleichzeitig im übrigen Leiterbahnennetz verbunden werden. Für Uhrwerke besserer Qualität hingegen kann ein Abgleich des die Kapazität bildenden Leiterbahnensystemes 60a - 6od spanabhebend, z.B. durch Schleifen, Rohren, Fräsen und Stanzen oder eine andere geeignete Maßnahme an einer passenden Stelle 62 des Leiterbahnensystemes 60a - 6od stattfinden.

Hierbei ist die Anordnung und der Aufbau des die Kapazität 60 bildenden Leiterbahnensystemes 60a - 6od keineswegs streng an das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 gebunden. So könnten z.B. die Leiterbahnen 60a, 60b schräg zu den Fortsätzen 60c, 6od verlaufen; ja, es ist auch eine völlig andere, z.B. kreisrunde Anordnung der beiden Leiterbahnen 60a, 60b ineinander, z.B. nach Art eines Lahyrinthes etc. denkbar.

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j Ein zweckmäßiges Vorgehen zum Abgleich der Kapazität 60 kann | z.B. in einer solchen Auslegung des Leiterbahnensystemes 6oa-6od i besteien, daß ein Kapazitätswert auf der gedreckten Leiterplatte I erzielt wird, der ohne weiteres Zutun sicher etwas über dem

| Sollwert der Kapazität 60 liegt und daß dann für Uhrwerke

I besserer Qualität ein genauer Abgleich auf den Sollwert, wie I beschrieben, z.B. spanabhebend am Leiterbahnensystem 60a - 6od

I erfolgt. Für billigere Uhren kann dann bei Verwendung ein and

£ derselben Leiterplatte 1o bei einer jeden ein Stanzvorgang

I ausgeführt werden, der eine solche Veränderung am Leiterbahnen-

I system 60a - 6od bewirkt, daß ein mittlerer Abgleich der Kapazi-

I tat 60 erzielt wird, der einfachen Ansprüchen an die Qualität

;j genügt. Eine solche Ausstanzung der Leiterplatte 1o könnte z.B.

j an der Stelle der Schleifbahn 62 des Leiterbahnensystemes 6oa-6od

j vorgesehen sein.

.; Der aus Fig. 2 auf der gedruckten Leiterplatte 1o für das

Leiterbahnensystem 6oa-6od entnehmbare Platzbedarf ist nur; scheinbar. Eine entsprechende Ausdehnung der Leiterplatte io in ihrer Ebene ist meist ohnehin erforderlich, das Uhrwerk in . geeigneter Weise im Uhrgehäuse der Uhr zu haltern. Hierzu lann z.B. eine Halterung der gedruckten Leiterplatte 1o zusammeii mit J dem auf dieser aufgebrachten Uhrwerk 1 dadurch erfolgen, dt'.ß I erstere an ihrem äußeren Rande in geeigneten Haltefedern des I Uhrgehäuses eingesetzt oder eingesprengt und dadurch im I Gehäuse fixiert wird.

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Ferner wird gemäß Fig. 1 ein Teil der von dem Leiterbahnensystem 6oa - 6od der Kapazität 60 eingenommener. Fläche der Leiterplatte 1o allein schon für die Halterung des Uhrwerkes (17b) und für die Vfeckfeder 16 C"!7b, 46) benötigt, wozu innerhalb des Leiterbahnensystemes 60a - 6od ein Ausbruch 58b vorgesehen ist. Andererseits ist der Platzbedarf für das die Kapazität 60 bildende Leiterbahnensystem 60a - 6od in senkrechter Richtung zur Leiterplatte 1o praktisch gleich O. Er entspricht der Schichtdicke der Leiterbahnen 60a - 6od.

Gemäß einem weiteren zweckmäßigen Verfahren zur Vornahme des Abgleiches der Kapazität 60 auf den Sollwert könnte derart vorgegangen werden, daß die Fortsätze 60c, 6od der Leiterbahnelemente 60a, 60b nur teilweise mit letzteren verbunden sind und die Kapazität 60 nun dadurch abgleichbar wird, daß die nicht verbundenen Fortsätze 60c, 6od durch einen Lot- oder Schweißvorgang längs der Leiterbahnen 60a, 60b irit letzteren verlöt- oder verschweißbar sind, so daß sich der Kapazitätswert auf den Sollwert erhöht. Hierzu wird die Kapazität 60 des Leiterbahnensystemes 60a - 6od bei der Herstellung der gedruckten Leiterplatte 1o derart ausgelegt, daß sie sicHfer unter dem Sollwert der Abgleichkapazität liegt und durch \den Lot- oder Schweißvorgang auf diesen angehoben wird. Ein \ derartiges Verfahren ließe sich ebenfalls vollautomatisch durchführen,-es wäre aber schwieriger zu beherrschen als ein spanabhebender Abgleich, z.B. Fräsen, Schleifen oder Bohren. Dafür fallen keine Ahfallspäne an.

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Zum Fräs-, Schleif- oder Bohrverfahren des Abgleichens des Wertes der Kapazität 6o, bietet sich als zweckmäßige Alternative ein Abbrennen, z.B. der Fortsätze 6oc, 6od von den Leiterbahnen 6oa bzw. 6ob entlang diesen an. Dadurch könnten die Fortsätze 6oc, 6od längs der Leiterbahnen 6oa, 6ob in einer schmalen Spur von diesen getrennt werden. Dieser Vorgang läßt sich präzise steuern und auch in einer hohen zeitlichen Folge durchführen. Die hierbei anfallenden Störstoffe, wie Abdämpfe etc. sind gering.

Dieser Abrennvorgang wird vorteilhaft durch einen Laserstrahl bewerkstelligt.

Claims

KIENINGEf. & OBERGFELL .Γ...¹.. .'..'..· *..' : Q / O 7 / Q

Fabrik für technische »3 H O / *+ Ό L

Laufwerke und Apparate

GmbH & Co. ι

St. Georgen/Schwarzwald '

Patentanmeldung

Elektrisches Uhrwerk mit einem elektronischen Oszillator

Patentansprüche

Elektrisches Uhrwerk mit einem elektronischen Oszillator, insbesondere Quarzoszillator, als zeithaltendem Element, dessen Schwingfrequenz durch eine zugeordnete,vorzugsweise veränderbare Kapazität auf einen Sollwert einstellbar ist und mit einer gedruckten Leiterplatte, auf welcher Bauelemente des elektronischen Oszillators aufgebracht und mit Leiterbahnen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kapazität (60) durch wenigstens zwei, einander örtlich benachbart angeordnete aber galvanisch voneinander getrennte Leiterbahnen (60a - 6od) der gedruckten Leiterplatte (1o) gebildet ist, die mit Leiterbahnen und/oder Bauelementen (3; +UB) der elektronischen Quarzschwingschaltung auf der gedruckten Leiterplatte (1o) verbunden sind und deren (60a - 6od) Anordnung und/oder Abmessungen auf der gedruckten Leiterplatte (1o)

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so gewählt sind, daß der Wert der durch diese gebildetlen Kapazität (60) entweder gleich oder angenähert gleich ist, demjenigen Sollwert der Kapazität (60),der dem Abgleich der elektronischen Quarzschaltung xiuf die Nennfrequenz en-.spricht.
2. Elektrisches Uhrwerk nach An«;pruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die die Kapazität (60) bildenden und einander benachbart angeordneten Leiterbahnen der gedruckten Leiterplatte (1o) durch eine Mehrzahl von abwechselnd ineinandergreifenden Fortsätzen (60c, 6od) zweier oder mehrerer gegenüberliegender Leiterbahnen (60a, 60b) auf der gedruckten Leiterplatte (1o) gebildet' sind.
3. Elektrisches Uhrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß eine solche Auslegung des die Kapazität (60) bildenden Leiterbahnensystemes (60a - 6od) gewählt ist, daß der Ist-Wert der Kapazität etwas größer oder kleiner ist als den Sollwert entspricht und daß zur Einstellung des Ist-Wertes der Kapazität (60) auf den Sollwert das die Kapazität (6.0) bildende Leiterbahnensystem (60a - 6od) durch mechanische Einwirkung auf alle oder nur einen Teil der Leiterbahnen (60a - 6od) in seinem Aufbau oder seiner Struktur veränderbar ist.
4. Elektrisches Uhrwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

!daß 2ine solche Auslegung des die Kapazität (6o) bildenden Leiterbahnensystemes (6oa - 6od) gewählt ist, daß der Ist-Wert der Kapazität (6o) etwas höher liegt als dem Sollwert entspricht und daß zum Abgleich der Kapazität (6o) auf den Sollwert ein Teil der Leiterbahnen (6oc, 6od) des Leiterbahnensystemes (6oa - 6od) unterbrechbar ist.
5. Elektrisches Uhrwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Unterbrechung eines Teiles der Leiterbahnen (6oc, 6od) des die Kapazität (6o) bildenden Leiterbahnensystemes (6oa - 6od) durch spanabhebende Maßnahmen erfolgt.
6. Elektrisches Uhrwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Unterbrechung eines Teiles der Leiterbahnen (6oc, 6od) des die Kapazität (6o) bildenden Leiterbahnensystemes (6oa - 6od) durch einen gesteuerten Laserstrahl erfolgt.
7. Elektrisches Uhrwerk nach einem der Ansprüche 1-6,
dadurch, gekennzeichnet,

daß das die Kapazität ((Jo) bildende Le:.terbahnensystem (6oa - 6od) über eine an den nicht mit der
Festkapazität (61) verbundenen Anschluß (3b) des ]

Steuerquarzes (3) führende Leiterbahn (28) und eine
an Potential führende Leiterbahn (29) mit dem

Leiterbahnennetz (22a - 2i) der gedruckten Leiterplatte t]

ύ (1o) des Uhrwerkes (1) verbunden ist (Fig. 2 und 3). jjj