DE8510652U1 - Solaruhr und Uhrwerk für eine Solaruhr - Google Patents

Description

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GEBRÜDER JUNGHANS GMBH, 7230 Schramberg

Solaruhr und Uhrwerk für eine Solaruhr

Die Erfindung betrifft eine Soiaruhr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Uhrwerk für eine solche Uhr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6. Dabei ist im Rahmen vorliegender Erfindung unter einer Solaruhr eine Uhr mit elektronischer Zeithaltung zu verstehen, die ihre Antriebsenergie nicht aus einem stationären Netz oder aus einer Batterie bezieht, sondern über einen Energiespeicher aus wenigstens vorübergehend beleuchteten Solarzellen zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie.

Mit der "Citizen Quartz Crystron Solarcell" kam 1976 eine Armbanduhr auf den Markt, bei der die vier Quadranten des Zifferblattes innerhalb der Minuterie durch in die Zifferblatt-Ebene eingelassene Solarzellen belegt waren. Da die überwiegende Belegung des Zifferblattes durch Solarzellen den optischen Eindruck übermäßig und abträglich bestimmte, · ging jedoch die Entwicklung dahin, die Solarzellen derart zu dimensionieren und anzuordnen, daß sie aus dem gestalterisch besonders sensiblen Zifferblattbereich möglichst verdrängt wurden. So sind bei modernen Solar-Armbanduhren die Solarzellen optisch in die Minuterie integriert oder unter dem Glasreif des Armbanduhrengehäuses versteckt (mit Ankopplung an die Umgebungsbeleuchi"ung über speziell geformte Lichtleiteinrichtungen); sofern die Solarzellen nicht sogar gänzlich aus dem Zifferblattbereich der Armbanduhr heraus verlegt und beispielsweise in eine Gehäuse-Seitenwand eingebaut sind.

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Bei GroGuhren steht außerhalb der Minuterie, bzw. in Gehäuseteilen, genügend Einbauraum zur Verfügung, um die Solarzellen problemlos ganz außerhalb des Zifferblattes anordnen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solaruhr bzw. ein Uhrwerk für eine Solaruhr - insbesondere bei Ausbildung als Tischoder Wanduhr - anzugeben, die sich durch zweckmäßige gegenseitige Anordnunq der Solarzellen und des eigentlichen Uhrwerkes in Hinblick auf günstige Fertigungsmöglichkeiten und stilistisch ansprechende Gestaltungsmöglichkeiten auszeichnen.

Dem eingangs aufgezeigten Gestaltungs-Trend zuwiderlaufend wird diese Aufgabe erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Solaruhr bzw. das Uhrwerk die Kennzeichnungsteile des Anspruches bzw. des Anspruches 6 aufweisen.

Nach dieser, den Gebrauchszweck sowohl einer betriebstüchtigen Uhr wie auch eines universell einsetzbaren Werkes fördernden, Lösung rücken die Solarzellen wieder ins Zentrum des Zifferblattes, in die direkte Umgebung der die Zifferblattebene durchdringenden Zeigerwellen. Dadurch werden die Solarzellen bewußt zu einem Gestaltungsmerkmal im geometrischen Zentrum des flächenmäßig wesentlich über den Solarzellen-Bedarf hinausgehenden Zifferblattes. Und insbesondere eröffnet diese Lösung die Möglichkeit, eine kompakte, in sich funktionsfähige batterielose Standard-Antriebseinheit zu schaffen, die lediglich mit Zifferblatt-Trägern für Uhren unterschiedlichster Ausgestaltung zu bestücken ist, ohne bei oder nach dieser Bestückung noch elektrische AnEichluQmaßnahmen zwischen den Solarzellen, dem Energiespeicher und der elektrischen Uhrenschaltung im Uhrwerk durchführen zu müssen. Eine Kaschier-Abdeckplatte auf der Vorderseite der mit den Solarzellen bestückten Antriebseinheit kann in gestalterischer Anpassung an das Zifferblatt bzw. an einen das Zifferblatt umgebenden Rahmen gewählt werden.

Die Antriebseinheit kann aus einem handelsüblichen, für Batteriebetrieb vorgesehenen Uhrwerk bestehen, das frontseitig mit der Solarzellen-Trägerplatte ausgestattet ist; wobei der nicht mehr für eine Batterie benötigte Raum im Uhrwerk einen den Solarzellen elektrisch nachgeschalteten Energiespeicher und/oder eine Zusatzschaltung für energetisch optimalen Betrieb des Uhrwerks aus dem Speicher aufnehmen kann, ohne also hierfür zusätzlichen Raum neben dem eigentlichen Uhrwerk bereitstellen zu müssen. Einfach und zuverlässig herstellbare elektrische Verbindungen zwischen den Solarzellen, dem Speicher und den Schaltungen ergeben sich, wenn an der Rückseite der Trägerplatte Stromschienen ausgebildet sind, die gleichermaßen als Stützkonstruktion für den elektrischen wie mechanischen Anschluß von Anschlußdrähten und als in das eigentliche Uhrwerk hineinragende Anschlußelemente dienen.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche abstrahiert aber angenähert maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung.
Es zeigt:

Fig. 1 im Querschnitt längs der Zeigerwellen-Achsen eine Solaruhr mit einem handelsüblichen Werk, das als

Solar-Antriebseinheit mit einer Trägerplatte für Solarzellen ausgestattet ist, in abgebrochener Darstellung
und
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Fig. 2 die Trägerplatte gemäß Fig. 1 in Rückansicht bei noch nicht montiertem Uhrwerk.

Eine Solaruhr 1 gemäß Fig. 1 weist, z.B. hinter einem Uhrglas 2, einen Schild 3 als Träger für ein Zifferblatt 4 mit umlaufender

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(hier plastisch vorstehender) Minuterie 5 auf, vor dem die mittels Zeigerwellen 6 gehalterten und bewegten Uhrzeiger (in der Zeichnung nicht dargestellt) kreisen. Das Uhrglas 2 ist in einem Rahmen 7 gehaltert, in den das Schild 3 von rückwärts eingesetzt und zum Beispiel mittels Klammern 8 gehalten ist. Beim dargestellten Beispielsfalle handelt es sich um den rückwärtig offenen Rahmen 7 einer Wanduhr; bei einer Tischuhr, beispielsweise einer Weckeruhr, würde der Rahmen 7 in der Regel mit einer Rückwand abgeschlossen sein, durch die hindurch gegebenenfalls eine Stelleinrichtung am Uhrwerk zugänglich ist (in der Zeichnung nicht ausgeführt).

Die elektrische Energie für den Betrieb des Uhrwerks 9 wird aus der Umgebungslichteinstrahlung natürlicher oder künstlicher Lichtquellen auf Solarzellen 10 gewonnen, die sich angenähert in der Ebene des Zifferblattes 4 im Bereiche der Nachbarschaft um die Zeigerwellen 6 - und zu diesen einen geringeren Abstand, als zur Minuterie hin aufweisend - befinden. Im dargestellten Beispielsfalle sind vier streifenförmige Solarzellen 10 paarweise auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Seiten der Zeigerwellen 6 angeordnet.

Für die mechanische Halterung und den elektrischen Anschluß der Solarzellen 10 ist eine mit dem Uhrwerk 9 eine Antriebseinheit 37 bildende, z.B. in Kunststoff gespritzte Trägerplatte 11 vorgesehen. Ihr Randbereich 12, der rückwärtig schulterförmig abgesetzt ist, überragt mit einer vorspringenden Kante 13 einen (beim dargestellten Beispiel als durchgehende öffnung ausgebildeten) zentral innerhalb der Minuterie 5 gelegenen Einstich 14 im Zifferblatt-Schild 3. Mit dem rückwärtig verjüngten Randbereich 12 ragt die Trägerplatte 11 dabei hinter die Ebene der Zifferblattes 4 in den Schild-Einstich 14 hinein. Im Falle des durchgehend geöffneten Einstiches 14 dienen Abstanclssockel 15 hinter der Trägerplatte 11 der Überbrückung derjenigen Differenzdistanz, die der Stärke des Schildes 3 etwa entspricht. Mit den Abstandssockeln 15 ist rückwärtig wenigstens eine Halteplatte 16, die hier die Geometrie eines umlaufenden Halteringes

aufweist, verschraubt; um zwischen sich und der Trägerplatten-Rundkante 13 den Schild 3 axial einzuspannen und über den Schild 3 also auch den Rahmen 7 zu halten. Das Uhrwerk 9 ist an der Rückseite 18 der Trägerplatte 11 befestigt. Dafür kann eine die Zeigerwellen 6 umgebende zentrale Flanschschraube vorgesehen sein; aus ästhetischen Gründen ist im dargestellten Beispielsfalle jedoch eine Montage mittels Befestigungsschrauben 17 bevorzugt, die das Uhrwerk 9 im Randbereich achsparallel durchqueren und in Schraubbuchsen 19 eingreifen, die rückwärtig an der Trägerplatte 11 ausgebildet oder eingelassen sind.

In der Betrachtungs- oder Vorderseite 20 der Antriebseinheit 37 sind Ausnehmungen 21 zur Aufnahme der Solarzellen 10 ausgebildet. Zur Abdeckung von Montagetoleranzen und zum gestalterischen Angleich lf> an den optischen Eindruck z.B. des Uhren-Rahmens 7 ist eine folienförmige Abdeckplatte 22 vorgesehen, unter deren ausgesparten bzw. durchsichtig ausgebildeten Bereichen 23 die Solarzellen 10 dem Lichteinfall ausgesetzt sind.

Das Uhrwerk 9 ist vorzugsweise als gängiges Großuhren-Batteriewerk ausgelegt, also in einem Randbereich seines Werkgehäuses mit einer bei Batteriebetrieb als Batterie-Kammer 24 dienenden Aussparung versehen. Da die Leistungsversorgung des Uhrwerks 9 nun aber nicht aus einer Batterie erfolgt, sondern aus der über die Solarzellen gewonnenen elektrischen Energie, steht der Raum dieser Kammer 24 nun für die Anordnung eines elektrischen Energiespeichers 25 und einer (unten näher erläuterten) Zusatzschaltung 26 zu Verfügung. Der Energiespeicher 25 ist im Interesse störungsfreier Verdrahtung mit den Solarzellen 10 vorzugsweise dicht hinter diesen und damit an der Rückseite 18 der Trägerplatte 11 angeordnet. Im Interesse geringen axialen Raumbedarfs und sicherer Festlegungsmöglichkeit ist in der Trägerplatten-Rückseite 18 eine Einsenkung 27 zur Aufnahme des Speichers 25 ausgebildet. Eine rückwärtig vorstehende Hgltewand 28 mit Durchbrechungen zum Durchtritt von AnschluGdrähten 31 umgibt die Einsenkung 27.

Als Solarzellen 10 finden vorzugsweise handelsübliche amorphe Halbleiterzellen Einsatz. Als Energiespeicher 25 wird ein Spezialkondensator, wie er als "Gold Capacitor" von Matsushita ("Markt und Technik" Nr. 1/83, S. 78 links) am Markt ist, eingesetzt. Dabei wird ein Typ gewählt, dessen Nennspannung der zu erwartenden maximalen Ausgangsspannung der konkret eingesetzter- Solarzellen 10 entspricht. Denn diese Dimensionierung erübrigt es, dem Energiespeicher 25 eine sonst bei solarbetriebenen Geräten übliche Spannungsbegrenzungsschaltung vorzuschalten; mit dem Vorteil, daß der Raumbedarf hierfür entfällt und das Energiespeichervermögen des Speichers 25 (das ja dem Quadrat der Speicherspannung proportional ist) optimal ausgenutzt wird. Nachteiligt ist allerdings, daß die Speicherspannung bei handelsüblichen amorphen Solarzellen 10 höher liegt, als &ie Betriebsspannung bei Speisung des Uhrwerks aus einer einzelligen Primärbatterie; mit der Folge, daß der Betrieb des Schrittmotors über eine elektronische Uhrenschaltung 29 mit Überspannung keine optimalen Bedingungen hinsichtlich des an den Zeigerwellen 6 verfügbaren Drehmomentes erbringt. Um diesen Nachteil auszugleichen, ist im nicht vom Energiespeicher 25 vereinnahmten Raum der (Batterie-)Kammer 24 die Zusatzschaltung 26 angeordnet, die elektrisch vor der ührenschaltung 29 liegt. Vorzugsweise ist diese Zusatzschaltung 26 als eine als solche bekannte Konstantrtromschaltung ausgelegt, so daß unabhängig von der Anregung der Zellen 10 bzw. vom Ladezustand des Energiespeichers 25 die Uhrenschaltung 29 mit einem für optimale Drehmomenten- Abgabe dimensionierten Strom angesteuert wird. Dadurch ergibt sich eine lange Betriebszeit selbst unter geringen Nachladegegebenheiten über die Solarzellen 10. Bei dieser Konstantstromschaltung handelt es sich somit nicht um die bei großen Kapazitäten übliche Begrenzerschaltung gegen zu hohe Kurzschlußströme; welche sich nun aber hier erübrigt.

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Die Zusatzschaltung 26 kann auch als Detektorschaltung zur Überwachung des Motorstromes bei der zeithaltenden Ansteuerung des Uhrwerks-Schritt motors ausgelegt sein, um die Ansteuerung jeweils abzubrechen, wenn der Motorst.rom ein bestimmtes Kriterium erfüllt, für das in der Beschreibungseinleitung der DE-AS 29 44 872 typische Beispiele angegeben sind.

So ergibt die Ausnutzung des sonst von einer Batterie eingenommenen Raumes nun für die Zusatzschaltung 26 (und ggf. für einen dur .h eine Werkgehäuseöffnung i'. diese Kammer 24 hineinragenden Speicher 25) die Verwendbarkeit eines serienmäßigen (Batterie-) Uhrwerks 9, ausgestattet mit der Solarzellen-Trägerplatte 11, für eine kompakte Antriebseinheit 37 für eine Solaruhr 1 mit mehrstündigem Betrieb schon nach vorübergehender oder schwacher Beleuchtung der Trägerplatten-Vorderseite 20.

Im Bereiche der Ausnehmungen 21 zur Aufnahme von Solarzellen 10 sind in der Trägerplatte 11 Durchbrechungen 30 ausgebildet, durch die hindurch Anschlußdrähte 31, von den Solarzellen 10 in den Bereich der Trägerplatten-Rückseite 18 verlaufen. Dort sind in Ausnehmungen 32, die längs der Durchbrechungen 30 verlaufen und sich quer über den Bereich der vordereitigeti Ausnehmungen 21 erstrecken, als Stromschienen 33 dienende Metallstreifen in die Trägerplatten-Rückseite eingelassen. Jeweils Anschlußdrähte 31 einer Polarität der Solarzellen 10 und des Energiespeichers 25 führen an eine der Stromschienen

33. An den Stromschienen 33 ausgestanzte Lappen sind als Anschlußfahnen 34 aus der Ebene der Stromschienen 33 und damit aus der Ebene der Trägerplatten-Rückseite 18 hochgebogen, um in den Bereich der Zusatzschaltung 26 in die Kammer 24 hineinzuragen und so der Speisung des elektrischen Uhrwerks-Schrittmotors über die Uhrenschaltung 29 und die Zusatzschaltung 26 zu dienen.

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Der Aufnahme und Festlegung eventuell zusätzlich erforderlicher elektrischer Leitungen dient in der Trägerplatten-Rückseite 18 ein Verbindungsgraben 34 zwischen den Stromschienen-Ausnehmungen 32.

Für die Herstellung einer Solaruhr 1 wird also ein handelsübliches Batterje-Uhrwerk 9 in seiner (Batterie-)Kammer 24 mit der Zusatzschaltung 26 bestückt. Die Trägerplatte 11 wird vorderseitig mit den Solarzellen 10 und rückseitig mit den Stromschienen 33 und dem Energiespeicher 25 bestückt, wonach deren Anschlußdrähte 31 an die Stromschienen 33 angelötet oder angeschweißt werden. Wenn die Vorderseite des Uhrwerks 9 - unter Durchgriff der Zeigerwellen 6 durch eine Zentralöffnung 36 - mit der so bestückten Trägerplatte 11 verbunden wird, greifen die rückwärtig von den Stromschienen 33 abgebogenen Anschlußfahnen 34 z.B. durch eine Werkgehäuseöffnung in die Kammer 24 ein; wo eine unmittelbare kraftschlüssige Kontaktgabe zur Zusatzschaltung 26 bzw. zu einem Anschlußleiter für die Uhrenschaltung 29, oder aber zweckmäßigerweise eine Lot- oder Schweißverbindung zur Sicherstellung des elektrischen Anschlusses, vorgesehen sein kann. Damit ist eine kleinbauende, bereits funktionstüchtige und somit funktionsprüfbare, batterielos arbeitende Antriebseinheit 37 für die Zeiger einer Uhr 1 geschaffen.

Ohne daß es irgendwelcher zusätzlicher elektrischer Verbindungsmaßnahmen bedürfte, also ohne daß irgendwelche Beschädigungsgefahren insbesondere im Anschluß zwischen den Solarzellen 10 und dem Uhrwerk 9 zu befürchten sind, kann eine solche standardisierte und betriebsbereite Antriebseinheit 37 dann in den mit der Minuterie 5 eines Zifferblattes 4 versehenen Schild 3 einer Uhr 1 eingesetzt werden. Zur optischen Kaschierung des Einbaus der Solarzellen 10 kann noch die folienförmige Abdeckplatte 22 auf der Trägerplatten-Vorderseite 20 aufgebracht (beispielsweise aufgeklebt) werden, die in gestalterischer Anpassung an die Ausbildung des Zifferblattes 4 und/oder des Uhren-Rahmens 7 gewählt ist.

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Claims (12)

JGbm 1^9 - 9 - Fg/kr ansprüche

1. Solaruhr (1) mit im Bereiche des Zifferblattes (4) nahe den Zeiqerwellen (6) angeordneten Solarzellen (10), dadurch gekennzeichnet,

daß die Solarzellen (10) auf einer von den Zeigerwellen (6) durchsetzten Trägerplatte (11) angeordnet sind.

2. Solaruhr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß a~f der Trägerplatte (11) über den Solarzellen (10) eine Kaschier-Abdeckpxatte (22) mit Lichteinfall-Bereichen (23) angeordnet ist.^

3. Solaruhr nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Trägerplatte (11) in die Ebene des Zifferblattes (4) eingreift.

4. Solaruhr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen der Trägerplatte (11) und rückwärtig an ihr befestigten Halteplatten (16) das Zifferblatt (4) eingespannt ist.

5. Solaruhr nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß sie mit einer Antriebseinheit (37) aus Solarzellen-Trägerplatte (11) und Uhrwerk (9) ausgestattet ist.

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6. Uhrwerk (9) für eine Solaruhr (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als funktionstüchtige Antriebseinheit (37) mit einer von seinen Zeigerwellen (6) durchquerten Trägerplatte (11) zur vorderseitigen Aufnahme von Solarzellen (10)ausgebildet

7. Uhrwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite (18) der Trägerplatte (11) eine Einsenkung (27) zur Aufnahme eines Energiespeichers (25) ausgebildet ist.,

8. Uhrwerk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als Batterie-Uhrwerk (9) ausgestaltet ist, in dessen Batterie-Kammer (24) eine Zusatzschaltung (26) für den Betrieb der Uhrenschaltung (29) aus dem Energiespeicher (25) bzw. den Solarzellen (10) angeordnet ist.

9. Uhrwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Energiespeicher (25) in die Batterie-Kammer (24) hineinragt.,

10. Uhrwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rückseite (18) der Trägerplatte (11) Stromschienen (33) angeordnet sind, an die Anschlußdrähte (31) von den Solarzellen (10) und von einem Energiespeicher (25) führen.

11. Uhrwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stromschienen (33) Anschlußfahnen (34) vorgesehen

. sind, die in eine Kammer (24) für eine Zusatzschaltung (26) hineinragen, welche der Uhrwerks-Uhrenschaltunc (29) vorgeschaltet ist.

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12. Uhrwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

daß an der Rückseite (18) der Trägerplatte (11) Abstandssockel (15) zur Befestigung von Halteplatten (16) für ein Zifferblatt-Schild 05 (3) vorgesehen sind.