DE3903706A1 - Uhr mit einem elektronischen uhrenbaustein - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Uhr mit einem elektro­ nischen Uhrenbaustein, mit einer Anzeigeeinheit und mit einem Generator, den ein mechanischer Federaufzug an­ treibt, und der ohne Zwischenschaltung eines Akkumulators die elektrische Energie für den elektronischen Uhrenbaust­ ein liefert.

Uhren mit elektronischen Uhrenbausteinen sind in den ver­ schiedensten Ausführungen bekannt. In der Regel weisen derartige Uhren - auch bei Verwendung von Solarzellen zur Energieversorgung - Batterien oder Akkumulatoren auf, die den elektronischen Uhrenbaustein bzw. die elektronischen Schaltkreise zumindest vorübergehend mit elektrischer Energie versorgen.

Derartige Batterien bzw. Akkumulatoren sind aber Ver­ schleißteile, die - abhängig vom Aufbau der Uhr - nach sechs Monaten bis einigen Jahren ausgetauscht werden müs­ sen. Dabei kann es vorkommen, daß der Ersatzteilpreis für Batterien bzw. Akkumulatoren den Neupreis der Uhr über­ steigt. Vor allem aber ist es - nicht zuletzt aufgrund der Vielfalt verschiedener Batterien - sehr zeitaufwendig und in verschiedenen Ländern überhaupt nicht möglich, sich Ersatzbatterien bzw. -akkumulatoren zu beschaffen.

Es sind deshalb in der Patentliteratur Uhren mit elektro­ nischen Uhrenbausteinen vorgeschlagen worden, bei denen Generatoren vorgesehen sind, die die Akkumulatoren aufla­ den.

Hierzu wird beispielsweise auf die DE 25 02 250 A1, die DE 23 58 341 A1 und die DE 27 51 797 A1 verwiesen.

Diese bekannten Uhren weisen jedoch ebenfalls eine Reihe von Nachteilen auf:

An erster Stelle ist als Nachteil zu nennen, daß diese bekannten Uhren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 weiterhin Akkumulatoren und damit Verschleißteile auf­ weisen, die von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden müssen, wobei sich weiterhin das Problem stellt, daß die unbrauch­ baren Akkumulatoren entsorgt werden müssen.

Darüber hinaus sind diese Uhren aufgrund des zusätzlichen Generators, für den gemäß diesen Druckschriften besondere Teile verwendet werden, sehr aufwendig und damit teuer in der Herstellung.

Deshalb ist in der DE 34 42 862 A1, von der bei der For­ mulierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausgegan­ gen worden ist, eine Uhr vorgeschlagen worden, bei der ein Federaufzug als Energiespeicher einen Generator für einen elektrischen Uhrenantrieb speist.

Die Realisierung dieser gattungsgemäßen Uhr erfordert aber dann, wenn eine Uhrzeit-Anzeige mit Zeigern beabsichtigt ist, einen verhältnismäßig großen baulichen Aufwand, da außer dem Federaufzug zusätzliche Bauteile, wie beispiels­ weise ein Elektromotor für den Drehantrieb der Zeiger benötigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Uhr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubil­ den, daß bei weiterhin hoher Ganggenauigkeit und Verzicht auf Akkumulatoren und Batterien der bauliche Aufwand bei einer Zeitanzeige mit Zeigern verringert ist.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, eine Uhr mit einem Generator, der die elektrische Energie für den elek­ tronischen Uhrenbaustein liefert, und bei der auf Akkumu­ latoren verzichtet werden kann, derart weiterzubilden, daß als Federaufzug ein handelsübliches mechanisches Uhrwerk verwendet wird, das auch die Zeiger treibt, und bei der der elektronische Uhrenbaustein, der seine Energie von dem Generator bezieht, zur "Synchronisation", d.h. zur "Gang­ berichtigung" des mechanischen Uhrwerks herangezogen wird.

Hierdurch werden nicht nur die Wartungsintervalle der er­ findungsgemäßen Uhr, sondern auch die Gestehungskosten verringert, da - wie einleitend ausgeführt - die Ersatz­ teilpreise für Akkumulatoren oder dgl. vergleichsweise hoch sind und zum Teil die Neukosten billiger Uhren über­ steigen. Eine weitere Einsparung wird vor allem dadurch erreicht, daß das zum Antreiben des Generators verwendete handelsübliche mechanische Uhrwerk auch zum Antrieb der Zeiger dient, so daß auf einen gesonderten Zeigerantrieb verzichtet werden kann.

Trotzdem kann für dieses Uhrwerk ein einfaches, kostengün­ stiges Uhrwerk verwendet werden, da die Ganggenauigkeit der Anzeige nicht von der Ganggenauigkeit des Uhrwerks abhängt:

Für die Ganggenauigkeit der Uhr ist nämlich aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung lediglich die Ganggenauigkeit des elektronischen Uhrenbausteins entscheidend, da Alte­ rungs- und/oder Temperatureinflüsse auf das mechanische Uhrwerk durch den elektronischen Uhrenbaustein berichtigt werden.

Das erfindungsgemäße Konzept, ein handelsübliches mecha­ nisches Uhrwerk zum Antrieb des Generators zu verwenden und die Ausgangsspannung des Generators direkt an den elektronischen Uhrenbaustein anzulegen, kann für belie­ bige Uhren, wie Armbanduhren, Standuhren, Wecker, Wand­ uhren oder sonstige Klein- und Großuhren usw. verwendet werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet:

Im Anspruch 3 ist als vorteilhafte Weiterbildung gekenn­ zeichnet, daß als "Zwischenspeicher", der in geringem Maße elektrische Energie zwischenspeichert und/oder die Aus­ gangsspannung des Generators glättet, ein Kondensator oder eine Induktivität (oder beide Elemente) vorgesehen sind.

In den Ansprüchen 5 und 6 sind verschiedene Möglichkeiten gekennzeichnet, den Generator in einfacher und platzspa­ render Weise in ein herkömmliches mechanisches Uhrwerk zu integrieren.

In den Ansprüchen 7 bis 10 sind verschiedene mechanische Uhrwerke angegeben, die vorteilhafterweise bei der erfin­ dungsgemäßen Uhr einsetzbar sind. Dabei eignen sich die in den Ansprüchen 2 gekennzeichneten Uhrwerke für beliebige Uhren, wie Armbanduhren, Wecker oder Wanduhren, während die in den Ansprüchen 3 und 4 gekennzeichneten bekannten Uhrwerke typisch für Armbanduhren bzw. Wand- und Standuh­ ren sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer gattungs­ gemäßen Uhr,

Fig. 2 und 3 verschiedene Möglichkeiten, einen Puffer­ speicher zu realisieren, und

Fig. 4 bis 6 Ausbildungen eines bei einer erfindungsge­ mäßen Uhr einsetzbaren Generators,

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild einer erfindungs­ gemäßen Uhr,

Fig. 8 und 9 Realisierungen dieses Ausführungsbeispiels und

Fig. 10 eine Darstellung zur Erläuterung der er­ findungsgemäß verwendeten Synchronisation.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer gattungsgemäßen Uhr. Ein Unruhschwinger, der schematisch als Pendel 1 dargestellt ist, treibt einen Generator 2, dessen Aus­ gangsklemmen über eine Diode 3 und einen als Zwischenspei­ cher geschalteten Kondensator 4 mit einem elektronischen Uhrenbaustein 5 verbunden sind. Der Kondensator 4 dient einerseits zum Glätten der Ausgangsspannung des Generators 2 und andererseits als Pufferspeicher, der über eine ge­ wisse Zeitspanne die Energieversorgung des Uhrenbausteins aufrechterhält. Je nach Auslegung des Kondensators 4 kann diese Zeitspanne einige Sekunden bis einige 10 Minuten betragen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen verschiedene Möglichkeiten, den Pufferspeicher zu realisieren. Mit 2 ist wieder der Gene­ rator bezeichnet, der schematisch als bewegter Magnet 2′ mit einem Nordpol N und einem Südpol S, der in eine Spule 2′′ eine Spannung induziert, dargestellt ist. 3′ bzw. 3′′ bezeichnen Dioden. Die Diode 3′ ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel so geschaltet, daß über sie ein einziger Kondensator 4′ mit lediglich einer "Halb­ welle" des Generators 2 aufgeladen wird.

Durch die in Fig. 3 dargestellte Schaltung werden dagegen in an sich bekannter Weise abwechselnd über Dioden 3′ und 3′′ zwei Kondensatoren 4′ bzw. 4′′ aufgeladen.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen sehr flach und klein bauender Generatoren, die sich damit in besonderem Maße zur Verwendung in erfindungsgemäßen Uhren eignen.

Fig. 4a zeigt einen Generator 2, der als eisenloser Gloc­ kenankerläufer in verbackener Kreuzwickeltechnik ausge­ führt ist. Der Generator weist eine Spule 10 auf, deren Windungslagen in Fig. 4b dargestellt sind. Diese Spule 10 wird beispielsweise in Richtung eines Pfeils 11 im Magnet­ feld eines feststehenden Polrades 12 bewegt. Ein ringför­ miges Element 13 stellt den magnetischen Rückschluß her.

Durch die Dreh- oder Pendelbewegung der Spule 10 wird eine Wechselspannung an den Anschlüssen induziert, die in der vorstehend beschriebenen Weise über die Diode 3 und den Kondensator 4 an den elektronischen Uhrenbaustein 5 ange­ legt wird.

Die Fig. 5a und b zeigen eine weitere Ausführungsform für einen Generator in Flachbauweise. Der Generator weist eine als Scheibenläufer ausgebildete Drehspule 14 auf, die im Magnetfeld zweier Magneten 15 und 16, die in einem Gehäuse 17 angeordnet sind, schwingt bzw. sich dreht.

Fig. 6 zeigt als dritte exemplarische Ausführungsform einen Generator 2 mit einem Pendelmagnet 20, der im Mag­ netfeld von Polschuhen 21 von Induktionsspulen 22 pendelt bzw. sich dreht. Das Gehäuse 23 dient wiederum zur Ab­ schirmung und zur Herstellung des magnetischen Rück­ schlusses.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen für Ge­ neratoren eignen sich insbesondere bei Verwendung mit Seltene-Erde-Magneten zum Einbau auch in kleine Uhren, wie Armbanduhren.

Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen möglich, bei denen beispielsweise die Anordnung von Spulen und Magneten vertauscht sind.

Die vorstehend beschriebenen Generatoren können bei erfindungsgemäßen Lösungen mit marktgängigen Baugruppen, bei denen beispielsweise die Unruh einer Federwerkuhr den Generator treibt, verwendet werden.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Uhr, bei der ein mechanischer Zei­ gerantrieb durch den elektronischen Uhrenschaltkreis syn­ chronisiert werden. Dabei wird - wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel - beispielsweise die Unruh als Generator/Motor mit Drehspule und Drehmagnet ausgeführt.

Fig. 7 zeigt schematisch den Aufbau. Über einen Schalter 32 ist die Ausgangsspannung des Generators 2 an einem Lastwiderstand 33 angelegt. Der Schalter 32 wird von dem Uhrenbaustein 5 gesteuert. Ferner liefert der Generator 2 die elektrische oder mechanische Energie für den mechani­ schen Zeigertrieb 6 der Uhr. Durch entsprechendes Schlie­ ßen des Schalters 32 wird der Generator belastet, so daß der mechanische Zeigertrieb 6 der Uhr verlangsamt wird und somit Gangstörungen der Uhr beseitigt werden können, wenn diese so eingestellt ist, daß sie ohne Belastung durch den Generator 2 vorgehen würde.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung des in Fig. 7 dargestellten Prinzips, bei dem der Schalter 32 als bidi­ rektionaler Schalter ausgeführt ist und parallel bzw. alternativ zu dem Lastwiderstand 33 ein Pufferspeicher 34 geschaltet ist, der beispielsweise ein Kondensator sein kann. Durch Schließen bzw. Öffnen des Schalters 32 kann der Generator 2 Energie an den Pufferspeicher 35 abgeben bzw. aus dem Pufferspeicher 35 Energie aufnehmen und somit im Generator- bzw. Motorbetrieb arbeiten.

Fig. 9 zeigt eine Realisierung der in Fig. 8 dargestellten Ausgestaltung. Der Schalter 32 ist als bidirektionaler Schalter 32′ und 32′′ in MOS-Technik ausgeführt und sinn­ vollerweise mit den Anlauf-, Versorgungs- und Synchron­ isationsdioden 30 ₁ bis 30 ₃ für einen Oszillator 35 und den zugehörigen Teiler 36 als IC ausgeführt. Um stabilere Betriebsverhältnisse zu erzielen, kann der Pufferspeicher 34 durch den Lastwiderstand 33 schwach entladen werden, oder aus dem Pufferspeicher 34 werden nach dem Anlauf der Schaltung der Oszillator 35 und der Teiler 36 versorgt (gestrichelt gezeichnet), so daß der Widerstand 33 entfal­ len kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat dabei den Vorteil, daß ein besonderer Schrittmotor zum Zeigerantrieb entfällt, der Gesamtwirkungsgrad ist (Laufdauer der Uhr) vergleichs­ weise groß, da der größere Teil der mechanischen Energie zum Zeigerantrieb verwendet wird. Ferner kann die Baugröße reduziert werden.

Im folgenden soll die Funktionsweise der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Uhr unter Bezugnahme auf Fig. 10 näher beschrieben werden:

Generatorbetrieb stellt sich ein, wenn (momentan betrach­ tet) die Ladespannung des Kondensators 34 kleiner ist als die Klemmspannung des Generators 2. Umgekehrt erhält man Motorbetrieb, wenn die Ladespannung des Kondensators 34 größer ist als die Spannung des Generators 2, der dann zum Motor wird.

Zum Zeitpunkt t ₁ (Fig. 10) wird der Kondensator 34 über den bidirektionalen Schalter auf u ₁ aufgeladen, dazu wird der bidirektionale Schalter nur kurzzeitig eingeschaltet. Besteht die Tendenz, daß die Uhr nachgeht, dann wird nach dem quarzgesteuerten Zeitintervall t ₂-t ₁ Energie zur Un­ ruhspule geliefert. Diese bekommt einen Impuls, der fre­ quenzerhöhend wirkt, das Nachgehen wird ausgeglichen. Geht die Unruh genau, so erfolgt kein Energieaustausch. Geht die Uhr vor, so gibt die Unruhspule im Generatorbetrieb Energie an den Kondensator 34 ab, die Unruh bekommt einen frequenzerniedrigenden Impuls, das Vorgehen wird ausgegli­ chen.

Claims (10)

1. Uhr mit einem elektronischen Uhrenbaustein, mit einer Anzeigeeinheit und mit einem Generator, den ein mechani­ scher Federaufzug antreibt, und der ohne Zwischenschaltung eines Akkumulators die elektrische Energie für den elek­ tronischen Uhrenbaustein liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator ein im Genera­ torbetrieb oder im Motorbetrieb arbeitender Synchronmotor/ Generator ist, der über einen elektronischen Schalter, den der elektronische Uhrenbaustein steuert, mit einem Zwi­ schenspeicher oder einem Lastwiderstand verbunden ist, und daß das derart von dem elektronischen Uhrenbaustein syn­ chronisierte mechanische Uhrwerk die als herkömmliche Zeiger ausgebildete Anzeigeeinheit treibt.

2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisation der Bewe­ gung Synchronmotor/Generator/Uhrenbaustein der Zwischen­ speicher im Motorbetrieb des Motors elektrische Energie an den Motor liefert und im Generatorbetrieb des Motors elektrische Energie aufnimmt.

3. Uhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenspeicher ein Kon­ densator und/oder eine Induktivität vorgesehen sind.

4. Uhr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitsschaltung den Selbstanlauf der Uhr sicherstellt und hierzu wenigstens ein mit dem Kondensator in Serie geschaltetes unidirektio­ nales Bauelement (Diode) aufweist, die einen Mindestener­ gieinhalt im Zwischenspeicher aufrechterhält.

5. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Unruhschwinger (Feder/ Masse-System) der Rotor eines Pendelgenerators und als magnetisiertes Polrad ausgebildet ist.

6. Uhr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem als Spule ausgebil­ deten Rotor wenigstens zwei als Zuleitung dienende Federn, die die Unruhfedern sind, vorgesehen sind.

7. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhr in an sich bekannter Weise als Pendeluhr ausgebildet ist, und daß das Pendel direkt den Generator antreibt.

8. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Uhrwerk ein Federwerk mit Handaufzug ist.

9. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Uhrwerk ein sogenanntes Automatikwerk ist, das durch spontane Handbe­ wegungen aufziehbar ist.

10. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Uhrwerk ein Werk mit Gewichtsaufzug ist.