DE9315670U1 - Small radio clock - Google Patents
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Description
JGm 190 DE Fg/He JGm 190 DE Fg/He
Die Erfindung betrifft eine Funkuhr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a radio clock according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Funkuhr ist aus der EP 0 531 853 A2 bekannt. Im Interesse eines kompakten Aufbaus, insbesondere als Funk-Armbanduhr, dient dort der scheibenförmige Kern der magnetischen Langwellen-Antenne selbst abseits des als Spulenträger ausgebildeten Kernteiles gewissermaßen als Werkplatte. Auf diese, und in diese hineinragend, sind das Räder- und Zeigerwerk einschließlich dessen elektromotorischen Schritt-Antriebes sowie die elektronischen Schaltungen für den autonomen ührenbetrieb und für Anzeigekorrekturinformationen, die aus empfangenen und decodierten Zeittelegrammen gewonnen werden, montiert. Außerdem ist in den flachen Kern ein Aufnahmebereich für eine elektrooptische Digitalanzeige eingearbeitet.Such a radio clock is known from EP 0 531 853 A2. In the interest of a compact design, especially as a radio wristwatch, the disk-shaped core of the magnetic long-wave antenna itself serves as a kind of work plate apart from the core part designed as a coil carrier. The wheel and pointer mechanism including its electromotor step drive as well as the electronic circuits for autonomous clock operation and for display correction information obtained from received and decoded time telegrams are mounted on this and protruding into it. In addition, a receiving area for an electro-optical digital display is incorporated into the flat core.
Problematisch bei einem solchen Aufbau ist die Nähe einerseits der elektronischen Auswerteschaltung und andererseits des elektromechanischen Zeigerantriebes zur magnetischen Langwellenantenne in Form des plattenförmigen Kernes mit seiner Antennenspule, da Störungen aus den elektronischen und elektromechanischen Kreisen über die Antennenwirkung verstärkt rückgekoppelt werden können. Für störungsfreie Arbeitsweise ist deshalb ein Empfangsbetrieb bei erhöhterThe problem with such a setup is the proximity of the electronic evaluation circuit on the one hand and the electromechanical pointer drive on the other to the magnetic long-wave antenna in the form of the plate-shaped core with its antenna coil, since interference from the electronic and electromechanical circuits can be amplified by the antenna effect. For interference-free operation, reception at increased
Feldstärke des Sendesignales anzustreben, was den Einsatzbereich hinsichtlich der Entfernung vom Sender der Zeittelegramme einschränkt. Besonders kritisch sind elektrische Störungen, die vom Betrieb der Spannungswandlerschaltung für die Funktion einer LCD-Anzeige ausgehen, weil der aus dem Frequenzteiler der autonomen zeithaltenden Schaltung der Uhr abgeleitete Takt für den Spannungswandler mit einer starken Oberwelle typischerweise in unmittelbarer Nähe der Sendefrequenz von 77,5 kHz des deutschen Zeitsenders DCF77 liegt. Diese starke, in unmittelbarer Nähe des Empfängers erzeugte Oberwelle kann das Antennensignal so weit überlagern, daß die Information des empfangenen Zeittelegrammes überhaupt nicht mehr auswertbar ist. Der Einbau elektromagnetischer Abschirmhauben zwischen der Antenne und den darauf montierten Störstrahlern und Auswerteschaltungen wäre nicht nur fertigungstechnisch sehr aufwendig, sondern führte außerdem zu einer starken Bedämpfung der Antenne, so daß die für den störungsfreien Betrieb erforderliche Mindestfeldstärke des Sendesignales dadurch weiter ansteigen 0 würde.Field strength of the transmission signal should be aimed for, which limits the area of application in terms of distance from the transmitter of the time telegrams. Electrical interference that arises from the operation of the voltage converter circuit for the function of an LCD display is particularly critical, because the clock for the voltage converter derived from the frequency divider of the autonomous timekeeping circuit of the clock has a strong harmonic and is typically in the immediate vicinity of the transmission frequency of 77.5 kHz of the German time transmitter DCF77. This strong harmonic, generated in the immediate vicinity of the receiver, can overlay the antenna signal to such an extent that the information in the received time telegram can no longer be evaluated at all. The installation of electromagnetic shielding covers between the antenna and the interference emitters and evaluation circuits mounted on them would not only be very complex in terms of manufacturing technology, but would also lead to a strong attenuation of the antenna, so that the minimum field strength of the transmission signal required for interference-free operation would thereby increase further.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Funkuhr gattungsgemäßer Art derart auszustatten, daß ohne großen konstruktiven Zusatzaufwand und ohne unzumutbare Beeinträchtigung der Antennenleistung eine wirksame Unterdrückung der elektrischen und magnetischen Störeinflüsse aus Funktionskomponenten, die in unmittelbarer Nähe des Antennenkernes selbst arbeiten, sichergestellt ist.In recognition of these circumstances, the invention is based on the task of equipping a radio clock of this type in such a way that, without great additional construction effort and without unreasonable impairment of the antenna performance, an effective suppression of the electrical and magnetic interference from functional components that operate in the immediate vicinity of the antenna core itself is ensured.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Funkuhr die Merkmale des Hauptanspruches aufweist.This object is essentially achieved according to the invention in that the generic radio clock has the features of the main claim.
Nach dieser Lösung dient der Kern der magnetischen Langwellenantenne selbst nicht nur als Träger für die elektroni-According to this solution, the core of the magnetic long-wave antenna itself serves not only as a carrier for the electronic
sehen und elektromechanischen Funktionsteile der Uhr, sondern auch als Träger einer wirksamen Abschirmung von betriebsbedingt hervorgerufenen Störeinflüssen.see and electromechanical functional parts of the watch, but also as a carrier of effective shielding from interference caused by operation.
Dafür kann der Kern in kritischen Bereichen seiner Oberfläche mit einer dünnen elektrisch-leitenden (Lack-)Schicht ausgestattet sein, die einpolig mit der Spannungsversorgung für den auf den Kern montierten Schaltungsträger verbunden ist. Noch zweckmäßiger ist es, das Kernmaterial selbst als Abschirmung einzusetzen, indem ein Ferrit eingesetzt wird, der entgegen den üblicherweise angewandten Materialien eine möglichst hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist, wie etwa ein Mangan-Zink-Ferrit. Dann erfolgt ein Kurzschluß nicht nur elektrischer, sondern auch magnetischer, aus dem Uhrenbetrieb selbst resultierender Störeinflüsse über das großvolumig die Störquellen teilweise umgebende Kernmaterial, das nun seinerseits eine Potentialverbindung zu einem der Pole für die Spannungsversorgung des elektrischen Schaltungsträgers erhält.For this purpose, the core can be equipped with a thin electrically conductive (lacquer) layer in critical areas of its surface, which is connected to the power supply for the circuit carrier mounted on the core on a single pole. It is even more practical to use the core material itself as a shield by using a ferrite that, in contrast to the materials usually used, has the highest possible specific electrical conductivity, such as a manganese-zinc ferrite. This then creates a short circuit of not only electrical but also magnetic interference resulting from the operation of the clock itself via the large volume of the core material that partially surrounds the sources of interference, which in turn now receives a potential connection to one of the poles for the power supply of the electrical circuit carrier.
Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in nachgehefteter Kurzfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht ganz maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. In der Zeichnung zeigt:Additional alternatives and developments as well as further features and advantages of the invention arise from the further claims and, also taking into account the explanations in the attached summary, from the following description of a preferred implementation example of the solution according to the invention, which is outlined in the drawing in a highly abstract manner and not entirely to scale, limiting itself to the essentials. The drawing shows:
Fig. 1 die unbestückte Antenne aus Ferrit-Kern undFig. 1 the unassembled antenna made of ferrite core and
Spule in Draufsicht undCoil in top view and
Fig. 2 die zur Uhr komplettierte Antenne nach Fig. 1.Fig. 2 shows the antenna completed to form the clock according to Fig. 1.
Die magnetische Langwellen-Antenne 11 der in der Zeichnung als Armbanduhr skizzierten Funkuhr 12 besteht aus einemThe magnetic long-wave antenna 11 of the radio clock 12 sketched as a wristwatch in the drawing consists of a
Ferrit-Kern 13 mit Antennen-Spule 14. Im Interesse einer hohen Antennenempfindlichkeit infolge großen Kernvolumens füllt der scheibenförmige Kern 13 das Innere 16 eines flach-topfförmigen Kunststoffgehäuses 15 im wesentlichen aus. Eine sehnenf örmige Verjüngung am Kern 13 dient zugleich als Trägerkörper für die Spule 14, deren Spulenachse 18 auf die quer dazu verlaufende Werkachse 19 weist. Als Einbau-Orientierung dient ein Abschnitt 20 am Kern 13, dessen geometrische Begrenzung komplementär zu einer Stütz-Rippe 21 an der Gehäuse-Innenwand im Inneren 16 des Kunststoff-Gehäuses 15 angespritzt ist.Ferrite core 13 with antenna coil 14. In the interest of high antenna sensitivity due to the large core volume, the disk-shaped core 13 essentially fills the interior 16 of a flat, pot-shaped plastic housing 15. A chord-shaped taper on the core 13 also serves as a support body for the coil 14, whose coil axis 18 points to the movement axis 19 running transversely to it. A section 20 on the core 13 serves as an installation orientation, the geometric boundary of which is molded onto the housing inner wall in the interior 16 of the plastic housing 15, complementary to a support rib 21.
Der vom Gehäuse-Boden 22 abgelegene Randbereich der ebenen Oberfläche 33 des Kernes 13 ist mit einem Zifferblatt 23 (Fig. 2) belegt. Unter diesem befinden sich in der Kern-Oberfläche flache Einsenkungen 24, 25 zur Aufnahme eines elektrooptischen Display unter einer damit koinzidierenden Zifferblatt-Öffnung (in der Zeichnung nicht sichtbar) und eines unter dem Zifferblatt 23 gelegenen Schaltungsträgers 26 mit den elektronischen Schaltungen für den autonomen zeithaltenden Betrieb der Uhr, für Empfang und Decodierung der absoluten Zeitinformationen, sowie für Überprüfung und erforderlichenfalls Korrektur der momentanen Zeitanzeige anhand der empfangenen aktuellen Zeitinformation. Dabei liegt die unbestückte Rückseite der Verdrahtungs-Leiterplatte für die elektrischen Bauelemente flach unter dem Zifferblatt 23, so daß die darauf verschalteten Bauelemente selbst in die Kern-Einsenkung 25 hineinragen. Eine periphere Aussparung 32, vorzugsweise neben dem Einschnitt 17 zur Aufnahme der Spule 14, wird vom Leiterplatten-Randbereich des Schaltungsträgers 26 überragt, um einen dort eingelöteten Resonanz-Abstimmkondensator zum Austausch zugänglich zu haben. Ein Teil des Räder- und Zeiger-Werkes 27 samt elektromechanxschem Schrittmotor zur Bewegung der Zeiger 30 ragt sogar teilweise noch in ein zur Werkachse 19 etwaThe edge area of the flat surface 33 of the core 13, which is remote from the housing base 22, is covered with a dial 23 (Fig. 2). Below this, there are flat depressions 24, 25 in the core surface for accommodating an electro-optical display under a dial opening coinciding with it (not visible in the drawing) and a circuit carrier 26 located under the dial 23 with the electronic circuits for the autonomous timekeeping operation of the clock, for receiving and decoding the absolute time information, and for checking and, if necessary, correcting the current time display based on the current time information received. The unpopulated back of the wiring circuit board for the electrical components lies flat under the dial 23, so that the components connected to it themselves protrude into the core depression 25. A peripheral recess 32, preferably next to the cutout 17 for receiving the coil 14, is overhung by the edge area of the circuit board of the circuit carrier 26, in order to have access to a resonance tuning capacitor soldered there for replacement. A part of the wheel and pointer mechanism 27, including the electromechanical stepper motor for moving the pointers 30, even partially protrudes into a recess approximately 17 cm from the mechanism axis 19.
• &bgr; — R Jl ·· ······•&bgr; — R Jl ·· ······
konzentrisches, zentrales Durchgangs-Loch 28 im Kern 13 hinein. Eine Batterie 29 taucht gegenüberliegend, also von der Unterseite des Kernes 13 her und am Gehäuse-Boden 22 abgestützt, in das Loch 28 hinein. Die Knopfzellen-Kontaktierung zum Schaltungsträger 26 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits über elektrisch leitende Gehäuse- oder Brückenteile des Werkes 27 und andererseits, für den zweiten Pol, über eine vom Schaltungsträger 26 etwa achsparallel durch das Loch 28 sich erstreckende und peripher an der Batterie 29 anliegende Kontaktfeder 31. Die Hohlräume (24, 25, 28) werden zweckmäßigerweise unter Schrumpf-Abzug in das Kernmaterial eingefräßt, ehe der Ferrit gesintert wird. Kritische Toleranzen, vor allem für die Räderwerkslagersteilen, werden anschließend maßhaltig überspritzt und erforderlichenfalls nachgearbeitet.concentric, central through-hole 28 in the core 13. A battery 29 is inserted into the hole 28 opposite, i.e. from the underside of the core 13 and supported on the housing base 22. In the illustrated embodiment, the button cell contact with the circuit carrier 26 is made on the one hand via electrically conductive housing or bridge parts of the mechanism 27 and on the other hand, for the second pole, via a contact spring 31 extending from the circuit carrier 26 approximately parallel to the axis through the hole 28 and peripherally resting on the battery 29. The cavities (24, 25, 28) are expediently milled into the core material with shrinkage deduction before the ferrite is sintered. Critical tolerances, especially for the gear train bearing parts, are then overmolded to ensure dimension accuracy and reworked if necessary.
Aus dem Betrieb des Schrittmotors im Werk 27, aber auch aus den durch die Leiterbahnen und Bauelemente der Schaltung fließenden Strömen, können elektromagnetische Störungen für die Funktion der Antenne 11 herrühren. Die bedingen gegen elektrische und magnetische Störungen wirksame, also elektrisch gut leitende und hoch-permeable Abschirmmaßnahmen, da bei dem gedrängten Aufbau störende Einkopplungen nicht mehr durch Einhalten eines konstruktiven Mindestabstandes zwischen dem Schaltungsträger 26 und der Antenne 11 ausgeschlossen werden können. Allerdings sind die geometrische Ausgestaltung und der fertigungstechnische Einbau solcher Abschirmhauben sehr aufwendig. Durch die zwangsläufige Nähe zur Antenne 11 bei einer kleinen Funkuhr 12 (wie im Falle einer Armbanduhr mit eingebauter Antenne 11) kann außerdem der Empfang der codierten Zeitinformationen beeinträchtigt werden. Zumindest führt die dämpfende Wirkung des Abschirmmaterials dazu, daß die Antenne 11 unempfindlicher wird und somit ein korrekter Empfangsbetrieb nur noch bei höherer Antennenfeldstärke,Electromagnetic interference with the function of the antenna 11 can result from the operation of the stepper motor in the unit 27, but also from the currents flowing through the conductor tracks and components of the circuit. This requires shielding measures that are effective against electrical and magnetic interference, i.e. that are electrically highly conductive and highly permeable, since, with the compact structure, disruptive coupling can no longer be excluded by maintaining a minimum structural distance between the circuit carrier 26 and the antenna 11. However, the geometric design and the manufacturing installation of such shielding covers are very complex. The inevitable proximity to the antenna 11 in a small radio clock 12 (as in the case of a wristwatch with a built-in antenna 11) can also impair the reception of the coded time information. At least the dampening effect of the shielding material means that the antenna 11 becomes less sensitive and thus correct reception is only possible at higher antenna field strengths,
also unter verbesserten Empfangsgegebenheiten sicherstellbar ist.which can therefore be ensured under improved reception conditions.
Zweckmäßiger ist es daher, erfindungsgemäß den Antennen-Kern 13 selbst zur Abschirmung heranzuziehen. Überraschend hat sich nämlich gezeigt, daß es dafür grundsätzlich bereits ausreicht, die Oberfläche des Kernes - zumindest im Bereiche der Einsenkungen 25 und des Durchgangsloches 28 mit einer etwa lackförmigen, elektrisch leitenden, sehr dünnen Beschichtung zu versehen, die auf das Potential einer der beiden Klemmen für die Betriebsspannung des Schaltungsträgers 26 gelegt ist.It is therefore more expedient, according to the invention, to use the antenna core 13 itself for shielding. Surprisingly, it has been shown that it is basically sufficient to provide the surface of the core - at least in the area of the depressions 25 and the through hole 28 - with a very thin, electrically conductive coating in the form of a lacquer, which is connected to the potential of one of the two terminals for the operating voltage of the circuit carrier 26.
Allerdings geht auch von einer solchen elektrisch leitenden Beschichtung noch eine gewisse Dämpfungswirkung auf die Leistung der unmittelbar benachbarten Antenne 11 aus. Noch zweckmäßiger ist es deshalb, zur Beherrschung elektromagnetischer Störeinflüsse von direkt auf den Kern 13 montierten elektrischen Bauteilen das Material des Kernes 13 selbst heranzuziehen. Dazu wird ein Material mit niedrigem spezifischem elektrischem Widerstand gewählt, wie etwa im Falle eines Mangan-Zink-Ferrites (im Gegensatz zum herkömmlichen Nickel-Zink-Ferrit mit relativ hohem spezifischem Widerstand). Da nun kein zusätzliches Schirmmaterial in unmittelbarer Nähe des Antennen-Kernes 13 mehr vorkommt, entfällt die abschirmbedingte Zusatzdämpfung der Antenne 11. Das elektrisch relativ gut leitende Kernmaterial wird wieder einpolig an die Spannungsversorgung des Schaltungsträgers 26 gelegt. Dafür kann die Batterie-Kontaktfeder 31 so ausgewölbt sein, daß sie bei ihrer Abstützung gegen die Peripherie der Batterie 29 zugleich eine Abstützung gegen den Kern 13, etwa im Bereiche der Mantelfläche des zentralen Loches 28, erfährt.However, such an electrically conductive coating still has a certain damping effect on the performance of the immediately adjacent antenna 11. It is therefore even more expedient to use the material of the core 13 itself to control electromagnetic interference from electrical components mounted directly on the core 13. For this purpose, a material with a low specific electrical resistance is selected, such as in the case of a manganese-zinc ferrite (in contrast to the conventional nickel-zinc ferrite with a relatively high specific resistance). Since there is no longer any additional shielding material in the immediate vicinity of the antenna core 13, the additional shielding-related damping of the antenna 11 is eliminated. The core material, which is relatively electrically conductive, is again connected to the voltage supply of the circuit carrier 26 in a single pole. For this purpose, the battery contact spring 31 can be curved in such a way that, when it is supported against the periphery of the battery 29, it is simultaneously supported against the core 13, for example in the area of the outer surface of the central hole 28.
So ergibt sich ein kompakter Aufbau für die Funkuhr 12 mit in den Antennen-Kern 13 hineinragendem Werk 27 samt auf demThis results in a compact structure for the radio-controlled clock 12 with the movement 27 extending into the antenna core 13 and the
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Kern 13 unter den Zifferblatt 23 gelegenem Schaltungsträger 26. Zwar beeinträchtigt das elektrisch gut leitende Kernmaterial an sich die Empfangs situation; aber das kann in Kauf genommen werden, da der Kern 13 die aus der Schaltungsfunktion resultierenden Störungen kurzschließt. Aus dem Kern 13 ist nur dort Material ausgesparrt, wo zur mechanischen Aufnahme von Funktionskomponenten Hohlräume (24, 25, 28) erforderlich sind. Indem so die Mechanik und die Schaltung in die Antenne verlegt sind, bleibt ein optimal großes Ferritvolumen wirksam.Core 13 under the dial 23 located circuit carrier 26. The electrically highly conductive core material itself does impair the reception situation, but this can be accepted because the core 13 short-circuits the interference resulting from the circuit function. Material is only cut out of the core 13 where hollow spaces (24, 25 , 28) are required to mechanically accommodate functional components. By moving the mechanics and the circuit into the antenna in this way, an optimally large ferrite volume remains effective.
Claims (7)
dadurch gekennzeichnet,1. Small radio clock (12) with electromagnetic antenna (11), the disk-shaped core (13) of which is designed as a coil carrier for the antenna coil (14) and as a work plate for receiving the movement (27) including electromotive pointer drive and a circuit carrier (26) for autonomous clock operation and for obtaining display correction information from received and decoded absolute time information,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,2. Radio clock according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,3. Radio clock according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,4. Radio clock according to one of the preceding claims,
characterized,
10that the circuit carrier (26) carried by the core (13) projects beyond a hole (28) penetrating the core (13) into which a battery (29) projects, and that a contact spring (31) extending from the circuit carrier (26) to the battery (29) through the hole (28) is simultaneously supported against the core (13) in a flexurally elastic manner, forming an ohmic connection.
10
dadurch gekennzeichnet,6. Radio clock according to one of the preceding claims,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,7. Radio clock according to one of the preceding claims,
characterized,
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| EP1067442A2 (en) * | 1999-06-09 | 2001-01-10 | Junghans Uhren GmbH | Radio wristwatch |
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