DE3621349C2 - Elektronische Uhr - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit wenigstens einem Zeiger
und einem Ziffernblatt, wobei der mindestens eine Zeiger zwischen einer
transparenten Deckplatte und einer lichtundurchlässigen Grundplatte
angeordnet ist, mit einem an einen Energiespeicher angeschlossenen
Uhrwerk, wobei der Energiespeicher mit einem Solargenerator verbunden
ist, wobei dessen Solarzellen an wenigstens einer Kantenfläche der transparenten
Deckplatte angekoppelt sind.
Eine solche Uhr ist aus der DE 33 46 046 C2 bekannt, in der eine Vielzahl
von mit Solarzellen betriebenen Uhren beschrieben sind. Dabei wird
einfallendes Licht über die Deckplatte zu den Solargeneratoren geführt,
die seitlich am Umkreisrand der Uhr rechtwinklig zur Deckplatte angeordnet
sind. Ein Nachteil dieser bekannten Uhr liegt darin, daß das Ziffernblatt
nicht beleuchtet ist bzw. bei der Beleuchtung des Ziffernblattes die
Lebensdauer von Batterien oder die Standzeit des Energiespeichers erheblich
geringer wird.
Aus der DE 29 27 792 C3 ist eine Uhr bekannt, bei der feste Markierungen
auf der Innenseite des Uhrenglases aufgezeichnet oder durch Metallisierung
aufgetragen sind, um ein Ziffernblatt zu bilden. Eine Beleuchtung
dieses Ziffernblattes ist jedoch nicht vorgesehen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Uhr der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein
leuchtendes Ziffernblatt aufweist und dennoch keine Belastung des Energiespeichers
herbeiführt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Uhr gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Deckplatte als Fluoreszenzkollektorplatte
ausgestaltet ist und daß das Ziffernblatt auf der Rückseite
der Fluoreszenzkollektorplatte aufgebracht ist.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es
zeigen:
Fig. 1 eine elektronische Uhr gemäß der Erfindung
mit einem Fluoreszenzkollektor im Längs
schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Randbereiche des
Fluoreszenzkollektors der Uhr gemäß Fig. 1 in
einer vergrößerten Darstellung,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht der
Belegung der Kanten des Fluoreszenzkollektors
mit Kantenreflektoren und Solarzellen und
Fig. 4 ein Schaltbild des Versorgungsstromkreises
des Uhrwerkes der Uhr.
In Fig. 1 erkennt man im Schnitt eine Solaruhr, die als
Wanduhr ausgebildet ist und einen quadratischen Rahmen
1 aufweist, dessen Aussehen im wesentlichen dem Aus
sehen üblicher Wanduhrenrahmen für eine Ziffernblatt
größe von beispielsweise 25 cm×25 cm entspricht. Der
Rahmen 1 verfügt über einen umlaufenden Absatz 2, gegen
den eine Grundplatte 3 angedrückt ist und beispiels
weise mit in der Zeichnung nicht dargestellten Schrau
ben befestigt ist. Zur Befestigung der Wanduhr an einer
in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten Wand ist
ein Befestigungselement 4 vorgesehen, in dem eine
Vertiefung 5 vorhanden ist, um den Kopf einer Befesti
gungsschraube aufzunehmen, wobei der Kopf hinter eine
in die Vertiefung 5 eingesetzte Scheibe 6 hintergreift.
In der Mitte der Grundplatte 3 ist ein Gehäuse 7 ange
ordnet, das mit einem Deckel 8 verschlossen ist. Im
Innern des Gehäuses 7 befindet sich ein Analoguhrwerk 9
mit den zugehörigen Komponenten, insbesondere einem
integrierten Schaltkreis 10 und einem Nickel-Cadmium-
Akkumulator 11. Diese Teile sind auf einer gemeinsamen
Printplatte 12 angeordnet, aus der eine Doppelwelle 13
zur Betätigung eines kleinen Zeigers 14 und eines
großen Zeigers 15 herausragt und sich durch eine Öff
nung 16 in der Grundplatte 3 erstreckt.
Auf der Grundplatte 3 ist mit Hilfe eines Klemmrings 17
ein tellerförmiger Bodenreflektor 18 befestigt, der
beispielsweise aus einem entsprechend den jeweiligen
Wünschen gefärbten Kunststoff, beispielsweise einem
grün eingefärbten Kunststoff bestehen kann. Der Boden
reflektor 18 in Gestalt eines quadratischen Tellers
verfügt über eine Vertiefung 19, in der die Zeiger 14,
15 umlaufen. Die Vertiefung 19 wird von schrägen Sei
tenwänden 20 begrenzt, die in umlaufende Randbereiche
21 übergehen, die sich im wesentlichen parallel zur
Bodenfläche 22 des Bodenreflektors 18 erstrecken.
Die umlaufenden Randbereiche 21 dienen als Anschlag
fläche für einen Fluoreszenzkollektor 22, der bei dem
in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Fläche
von 25×25 cm hat. Der Fluoreszenzkollektor 22 besteht
aus einer Acrylglasplatte und dient einerseits dazu,
diffuses und direktes Umgebungslicht, insbesondere
Raumlicht, zu konzentrieren und die in diesem Licht
enthaltene Energie einem Solargenerator 23 zuzuführen,
der über Leitungen 24 mit dem im Gehäuse 7 enthaltenen
Analoguhrwerk 9 verbunden ist.
Neben der Funktion als Lichtsammler hat der Fluores
zenzkollektor 22 die Funktion eines üblichen Uhren
glases zum Abdecken der Zeiger 14, 15. Weiter dient der
Fluoreszenzkollektor 22 als Ziffernblatt, indem auf
dessen Rückseite 25 Zahlen und sonstige Punkte oder
Striche aufgedruckt sind, die in Fig. 1 im Schnitt an
den mit Druckfarbe 26 hinterlegten Stellen erkennbar
sind. Dort wo die Druckfarbe 26 unmittelbar auf die
Rückseite 25 des Fluoreszenzkollektors 22 aufgebracht
ist, wird Licht aus dem Fluoreszenzkollektor ausge
koppelt, so daß die mit Druckfarbe 26 belegten Stellen
für den Betrachter wesentlich heller als die Umgebung
erscheinen. Von besonderem Vorteil ist es dabei, daß
die Helligkeit des so gebildeten Ziffernblattes ent
sprechend der Umgebungshelligkeit sinkt oder größer
wird.
Der Fluoreszenzkollektor 22 hat beispielsweise eine
Dicke von 3 mm und enthält eine optimale Farbstoff
konzentration. Eine bevorzugte Herstellungsmethode für
den Fluoreszenzkollektor 22 ist wegen der guten op
tischen Qualität das Gießen zwischen zwei Glasplatten
im Wasserbad. Dem Monomer wird dabei 60 bis 100 mg
Fluoreszenzfarbstoff pro kg Monomer zugesetzt. Solche
Farbstoffe werden beispielsweise unter den Typenbe
zeichnungen 240 (gelb), 856 (rot) und 339 (rot) von der
Firma BASF in den Handel gebracht. Beim Spritzgußver
fahren zur Herstellung eines Fluoreszenzkollektors 22
wird dem PMMA-Granulat die gleiche Farbstoffmenge als
Pulver beigemischt.
Die Kanten 27 des Fluoreszenzkollektors sind hochglanz
poliert und völlig plan. Beim Gußverfahren wird dies
durch Bearbeitung mit einem Diamantfräser, beim Spritz
guß durch entsprechende Gestaltung der Spritzgußform
sichergestellt.
Der Bodenreflektor 18 darf nicht optisch an den Fluor
eszenzkollektor 22 ankoppeln und soll möglichst gut
reflektieren. Im einfachsten Fall besteht er aus weißer
Pappe, auf die der Fluoreszenzkollektor 22 gelegt wird.
Die optimale Farbstoffkonzentration des Fluoreszenz
kollektors 22 ist von herausragender Bedeutung für
ihren Wirkungsgrad. Konzentriert man den Fluoreszenz
kollektor zu schwach, so verliert man transmittiertes
Licht, dotiert man ihn zu stark, so hat man erhöhte
Selbstabsorptionsverluste im Fluoreszenzkollektor 22.
Für die Optimierung der Farbstoffkonzentration wurde
ein Monte-Carlo-Simulationsprogramm entwickelt, mit
dessen Hilfe die Farbstoffkonzentration in der oben
angegebenen Weise optimiert wurde. Die optimale Kon
zentration ist dabei abhängig von der Kantenlänge des
Fluoreszenzkollektors 22, seiner Dicke, seiner Geo
metrie und seinem Hintergrund (Reflektor, Absorber).
Wie man in Fig. 1 erkennt, liegt der Fluoreszenzkollek
tor auf der nach vorne weisenden Seite der Solaruhr
gegen Nasen 28 an, die umlaufend am Rahmen 1 ausge
bildet sind.
Weiter erkennt man in Fig. 1 und deutlicher in der
vergrößerten Darstellung in der Fig. 2, wie der außen
umlaufende Rand 29 des Bodenreflektors 18 rechtwinklig
hochgezogen ist. Durch den umlaufenden hochgezogenen
Rand 29 wird eine seitliche Führung und Einklemmung des
Fluoreszenzkollektors 22 möglich, wenn der Fluor
eszenzkollektor 22 auf den umlaufenden Randbereich 21
aufgesetzt wird.
Um im Bereich der Kanten 27 des Fluoreszenzkollektors
22, wo keine Solarzellen des Solargenerators 23 vor
handen sind, Lichtverluste und damit Energieverluste zu
vermeiden, sind Kantenreflektoren 30 vorgesehen. Die
Kantenreflektoren 30 bestehen beispielsweise aus weißen
Papierstreifen oder Kunststoffstreifen, die zwischen
den Kanten 27 und dem hochgezogenen Rand 29 des aus
elastischem Kunststoff bestehenden Bodenreflektors 18
eingeklemmt sind. Durch die Abstimmung des Abstandes
zwischen den sich gegenüberliegenden Rändern 29 auf die
Abmessungen des Fluoreszenzkollektors 22 wird auf
einfache Weise eine mechanische Befestigung der Kanten
reflektoren 30 und eine Fixierung des Solargenerators
23 erreicht, der aus mehreren Solarzellen besteht, die
auf einer Basisleiste 31 aufgebracht sind. Die elasti
sche Einklemmung der erwähnten Bauteile mit Hilfe der
Ränder 29 gestattet nicht nur eine einfache Montage,
sondern auch eine leichte Justierung der Komponenten.
Außerdem wird durch die Klemmwirkung eine Anpreßkraft
auf die Basisleiste 31 und die Solarzellen des Solar
generators 23 erzeugt, so daß eine bessere Lichtan
kopplung der Solarzellen erreicht wird und mechanische
Belastungen auf den als Koppelmittel zwischen dem
Solargenerator 23 und der benachbarten Kante 27 ver
wendeten Kleber vermieden werden. Die Aufbringung der
Solarzellen des Solargenerators 23 auf die zugeordnete
Kante 27 erfolgt vorzugsweise mit einem dauerelasti
schen, hochtransparenten altersbeständigen Kleber (z.B.
Wacker RTV2 Siliconkautschuk VP7612 im Verhältnis
5 : 4). Die angerührte Masse wird in einem ca. 1 mm
starken Film bei Raumtemperatur auf die Solarzellen
gegossen und eine Stunde bei 100°C ausgehärtet. Danach
werden die Solarzellen mit leichtem Dauerdruck an den
Fluoreszenzkollektor gedrückt. Ein für die optimale
Kopplung wünschenswerter Dauerdruck wird dabei durch
die Elastizität des hochgezogenen Randes 29 bewirkt.
In Fig. 3 erkennt man schematisch in einer perspek
tivischen Ansicht einen Fluoreszenzkollektor 22 mit
einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Solarzellen
32. Man erkennt in Fig. 3 auch, daß die nicht mit
Solarzellen belegten Kanten 27 mit Kantenreflektoren 30
versehen sind. Solche Kantenreflektoren 30 sind auch in
den Bereichen vorgesehen, die keine Solarzellen 32
aufweisen, was jedoch in Fig. 3 nicht dargestellt ist.
Bei der in Fig. 3 beispielsweise dargestellten Anord
nung von Solarzellen 32 eines Solargenerators 23 ist
nicht nur eine Kante 27 mit Solarzellen 32 belegt,
sondern zwei benachbarte Kanten 37 weisen jeweils eine
gleiche Belegung mit Solarzellen 32 auf. Durch eine
solche L-förmige Anordnung wird eine Verringerung der
Selbstabsorptionsverluste gegenüber einer Anordnung an
gegenüberliegenden Kanten 27 erreicht.
Wie man in Fig. 3 weiterhin erkennt, belegen die Solar
zellen 32 nicht die gesamte Länge der Kanten 27 bis zu
den Ecken 33. Versuche und Simulationsrechnungen haben
gezeigt, daß die Lichtintensität in der Nähe der Ecken
33 gegenüber der Kantenmitte erheblich abfällt. Würde
man eine gesamte Kante 27 mit Solarzellen 32 belegen
und diese in Serie schalten, so würde das zu einer
Stromeinbuße führen, da die Zellen an den Kantenrändern
den Strom bestimmen würden. Aus diesem Grunde belegen
die Solarzellen 32 nur etwa 80% der Kantenfläche. Für
Solargeneratoren 23, die mehr als 80% der Kantenfläche
umfassen sollen, empfiehlt es sich deshalb, den
Solargenerator 23 auf mehrere Kanten 27 zu verteilen,
wie in Fig. 3 veranschaulicht ist.
In Fig. 3 erkennt man weiterhin, daß die Länge der
Solarzellen 32, ausgehend von der Kantenmitte, in Rich
tung auf die Ecken 33 zunimmt. Hierdurch wird der in
Richtung auf die Ecken abnehmenden Beleuchtungsstärke
Rechnung getragen, um einen optimalen Wirkungsgrad zu
erhalten. Zur Berechnung des Solargenerators 23 wurde
zunächst der Strom- und Spannungsbedarf des Analoguhr
werkes 9 einschließlich der Schaltungsverluste berech
net. Danach wurde die Kombination Fluoreszenzkollektor
22/Solargenerator 23 so optimiert, daß die gewünschten
Anforderungen mit einer minimalen Solargeneratorfläche
befriedigt werden können. Die Suche nach der optimalen
Kombination der Zahl der Solarzellen 32 im Solargenera
tor 23 und der parallel geschalteten Fläche im Solar
generator erfolgt iterativ, um schließlich das absolute
Minimum der Generatorfläche zu bestimmen. Die Anordnung
des Solargenerators 23 erfolgt dann symmetrisch von der
Mitte einer Kante aus, in der Weise, daß die mittlere
Solarzelle 32 die kleinste ist und die Solarzellen 32
nach außen um den gleichen Faktor länger werden, wie
die Beleuchtungsstärke an der Kante 27 des Fluoreszenz
kollektors 22 geringer wird. Werden zwei Kanten 27
eines rechteckigen Fluoreszenzkollektors 22 belegt, so
müssen sie L-förmig aneinanderstoßen, um eine optimale
Ausbeute zu erreichen, was bereits oben erwähnt worden
ist.
Fig. 4 zeigt die elektrische Schaltung, mit der die vom
Solargenerator 23 gelieferte Energie in den Nickel-
Cadmium-Akkumulator 11 eingespeist wird. Wie man in
Fig. 4 erkennt, erfolgt dies über eine Serienschaltung
aus einer Entladeschutzdiode 34, die vorzugsweise eine
Schottky-Diode ist, und einem Begrenzungswiderstand 35.
Der Begrenzungswiderstand 35 mit einem Wert von bei
spielsweise 2 kΩ ist so dimensioniert, daß bei den
maximal auftretenden Beleuchtungsstärken keine Über
ladung des Nickel-Cadmium-Akkumulators erfolgt.
Dem Nickel-Cadmium-Akkumulator 11 ist ein Glättungs
kondensator 36 sowie das Analoguhrwerk 9 parallel
geschaltet. Der Glättungskondensator 36 hat beispiels
weise eine Kapazität von 100 µF und dient dazu, den
Speicherwirkungsgrad zu erhöhen. Der Glättungskonden
sator 36 führt zur ständigen gleichmäßigen Entladung
des Speichers zwischen den Uhrenimpulsen. Dies ist für
die Selbstentladung und die Entladeverluste günstiger
als die direkte Stoßbelastung des Nickel-Cadmium-Akku
mulators 11 ohne Glättungskondensator 36. Das Analog
uhrwerk 9 benötigt beispielsweise im Durchschnitt einen
Strom von 7 µA. Dieser Strombedarf konzentriert sich
jedoch beispielsweise alle acht Sekunden auf einen
Stromimpuls mit einer Dauer von 50 ms. Der Stromimpuls
wird dabei im wesentlichen vom Glättungskondensator 36
geliefert, der sich anschließend wieder über den
Nickel-Cadmium-Akkumulator 11 und dessen Innenwider
stand auflädt. Auf diese Weise wird der Nickel-Cad
mium-Akkumulator 11 gleichmäßiger belastet. Hierdurch
ergibt sich eine geringere Verlustleistung und eine
Verringerung der Selbstentladung und somit insgesamt
eine bessere Nutzung des vom Solargenerator 23 ge
lieferten Solarstromes.
Claims (17)
1. Elektronische Uhr mit wenigstens einem Zeiger und einem Ziffernblatt
(26), wobei der mindestens eine Zeiger zwischen einer transparenten
Deckplatte (22) und einer lichtundurchlässigen Grundplatte (3) angeordnet
ist, mit einem an einen Energiespeicher (11) angeschlossenen Uhrwerk,
wobei der Energiespeicher (11) mit einem Solargenerator (23) verbunden
ist, wobei dessen Solarzellen (32) an wenigstens einer Kantenfläche (27)
der transparenten Deckplatte (22) angekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckplatte als Fluoreszenzkollektorplatte
(22) ausgestaltet ist und daß das Ziffernblatt (26) auf der Rückseite (25)
der Fluoreszenzkollektorplatte (22) aufgebracht ist.
2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ziffernblatt
mit weißer Farbe (26) aufgedruckt ist.
3. Uhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den
nicht mit Solarzellen (32) belegten Kantenflächen Kantenreflektoren (30)
vorgesehen sind.
4. Uhr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenreflektoren
(30) aus weißen Papierstreifen oder Kunststoffstreifen bestehen,
die gegen die Kantenflächen (27) angedrückt sind.
5. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckplatte (22) vieleckig ist und die Kantenflächen eine Polygonzug
bilden, daß die Solarzellen (32) zentriert um die jeweilige Kantenmitte
angeordnet sind und daß die an den Ecken (33) des Polygons liegenden
Randbereiche der Kantenflächen (27) nicht mit Solarzellen (32) belegt
sind.
6. Uhr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der
Solarzellen (32), ausgehend von der Kantenmitte jeder Vieleckkante,
entsprechend dem Abfall der Beleuchtungsstärke in Richtung auf die
Randbereiche größer ausgebildet sind.
7. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Solarzellen (32) mittels eines dauerelastischen hochtransparenten
und alterungsbeständigen Klebstoffes mit der Kantenfläche (27) der
Fluoreszenzkollektorplatte (22) gekoppelt sind.
8. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Solarzellen (32) des Solargenerators (23) auf einer Basisleiste (31)
angeordnet sind.
9. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Solarzellen (32) entlang einer einzigen Kantenfläche (27) angeordnet
sind.
10. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckplatte (22) vieleckig ist und daß die Solarzellen (32) entlang
zweier L-förmig benachbarter Kantenflächen (27) angeordnet sind.
11. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Fluoreszenzkollek
tor (22) ein Bodenreflektor (18) mit tellerför
miger Gestalt zugeordnet ist, in den der Fluor
eszenzkollektor (22) eingesetzt ist.
12. Uhr nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Bodenreflektor (18) im
mittleren Bereich eine Vertiefung (19) aufweist,
in der die Zeiger (14, 15) der Uhr aufgenommen
sind.
13. Uhr nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ränder (21, 29) des Boden
reflektors (18) in etwa rechtwinklig hochgezogen
sind und den Kanten (27) des Fluoreszenzkollektors
(22) zugeordnete Klemmflächen (29) bilden.
14. Uhr nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Basisleiste (31) mit den
Solarzellen (32) sowie die Kantenreflektoren (30)
zwischen den Klemmflächen (29) des Bodenreflektors
(18) und den Kantenflächen (27) des Fluoreszenz
kollektors (22) eingeklemmt sind.
15. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß der Solargenerator
(23) über eine Entladeschutzdiode (34) sowie einen
Begrenzungswiderstand (35) an den Energiespeicher
(11) angeschlossen ist.
16. Uhr nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Energiespeicher (11) ein
Nickel-Cadmium-Akkumulator ist, dem ein Konden
sator (36) mit einer Kapazität parallel geschaltet
ist, die mindestens gleich dem Quotienten aus dem
Produkt des mittleren Uhrenstromes mit dem Impuls
abstand der vom Uhrwerk (9) entnommenen Strom
impulse und der Speicherspannung des Nickel-Cad
mium-Akkumulators (11) ist.
17. Uhr nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Begrenzungswiderstand
(35) so ausgelegt ist, daß bei höchster Einstrah
lung auf den Fluoreszenzkollektor (22) nur der
maximal zulässige Ladestrom für den Nickel-Cad
mium-Akkumulator (11) fließt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863621349 DE3621349C2 (de) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Elektronische Uhr |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863621349 DE3621349C2 (de) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Elektronische Uhr |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3621349A1 DE3621349A1 (de) | 1988-01-14 |
DE3621349C2 true DE3621349C2 (de) | 1995-05-04 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863621349 Expired - Fee Related DE3621349C2 (de) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | Elektronische Uhr |
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Families Citing this family (2)
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JPS59120983A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-12 | Matsushita Electric Works Ltd | 太陽電池時計 |
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- 1986-06-26 DE DE19863621349 patent/DE3621349C2/de not_active Expired - Fee Related
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