Die Erfindung betrifft eine Funkarmbanduhr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
Bei einer gattungsgemäßen Uhr gemäß DE 93 18 224 U1 ist die aus Spule und
zylindrischem Ferritkern bestehende Langwellenantenne für den Empfang der kodierten
absoluten Zeitinformationen neben der Leiterplatte des Elektronikmoduls
im Armbanduhrengehause parallel zum Armbandanschluß in einem Hohlraum angeordnet,
der in einem verdickten Hörnchensockel freigespart ist. Das bedingt insbesondere
bei kleinen Armbanduhrgehäusen wie für Damenarmbanduhren einen
sehr kurzen Ferritstab und eine dementsprechend geringe Antennenempfindlichkeit.
Deshalb ist nur bei sehr guten Empfangsgegebenheiten bzw. mit einem außerordentlich
empfindlichen Empfänger ein Empfang verwertbarer Zeittelegramme
möglich. Die sind aber gerade bei hoher Empfangerempfindlichkeit leicht durch
externe oder durch uhreninterne Störquellen wie insbesondere den Hochfrequenz-Taktgenerator
für den Betrieb des Prozessors in ihrer Dekodierbarkeit beeinträchtigbar.
Größere Störsicherheit infolge größerer Antennenempfindlichkeit bei Reduzierung
der erforderlichen Empfangerempfindlichkeit wird durch eine größere Kernmasse
für die magnetische Langwellenantenne erzielt, indem gemaß EP 0 649 076 A3 der
Kern kein zylindrischer Spulenträger mehr ist, sondern eine den Gehäusedurchmesser
im wesentlichen ausfüllende Ferritplatte. Die dient nun zugleich als Träger für
mechanische und elektrische Komponenten sowie für die Schaltung des Uhren-Elektronikmodules.
Die Antennenspule ist dort auf einem seitlichen Fortsatz
der Ferritplatte angeordnet. Eine solches Ferrit-Formteil ist allerdings teuer in der
Herstellung und kritisch in der Bearbeitung zur maßgerechten Aufnahme der anderen
mechanischen und elektrischen Uhrwerkskomponenten, und als Platte - zumal
mit den lokalen Schwächungen zur Aufnahme der Uhrwerkskomponenten und der
Antennenspule - ist sie auf Stoßbeanspruchung sehr bruchgefährdet.
Für einen Einbau in verwinkelte Freiräume kleiner Uhrengehäuse ist in der
EP 0 348 636 A1 vorgesehen, z.B. gegeneinander verlagerbare flexible Streifen aus
weichmagnetischen Materialien hoher Permeabilität, wie insbesondere amorphen
Metallen in Blattform, je nach den örtlichen Einbaugegebenheiten etwa L-, U- oder
Z-förmig abgewinkelt zu gestalten, um die im Uhrengehäuse vorhandenen Freiräume
zum Antenneneinbau optimal nutzen und dabei zugleich unterschiedliche
Empfangs-Orientierungen realisieren zu können. Ein flexibler Kern-Stapel aus einzelnen
magnetisch wirksamen Streifen kann danach auch zu einem Ring-Ausschnitt
gebogen werden, um als Teil eines Armreifens die Langwellenantenne darzustellen.
Bei einer Funkarmbanduhr dagegen ist die Verlagerung der Antenne in ihr Uhren-Armband
vorgesehen. Nachteilig bei den beschriebenen Geometrien für den Einsatz
in verwinkelten Gehäuse-Freiräumen ist die komplizierte Formgebung und der
damit verbundene hohe Montageaufwand, aber auch die vergleichsweise geringe
(über die Projektion gemessene) effektive Länge einer solchen abgewinkelt verlaufenden
Kerngeometrie, während der Einbau eines flexiblen Streifenstapels in das
Uhren-Armband zwar hinsichtlich des Abstandes von uhreninternen Störquellen
und hinsichtlich der effektiven Kernlänge optimale Empfangsverhältnisse verspricht,
aber die flexible Verbindung von der Antennenspule zur Empfangsschaltung
über die Armband-Anlenkung an das Uhrgehäuse hinweg in der Praxis sehr
verschleißanfällig ist.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine magnetische Langwellenantenne für eine Funkarmbanduhr zu schaffen,
die hinsichtlich der Störempfindlichkeit und der Antennenempfindlichkeit einen
optimalen Kompromiß zwischen den vorbekannten Extremen darstellt und sich in
der Fertigung leicht handhaben laßt sowie durch hohe mechanische Stabilität auszeichnet.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie mit den wesentlichen
Merkmalen gemäß dem Hauptanspruch realisiert wird.
Nach dieser Lösung verläuft ein aus langen Weicheisen-Lamellen geschichteter,
sehr flexibler Spulenkern als Kreisbogenabschnitt längs des Randes der
(Haupt-)Leiterplatte für den Elektronikmodul des Funkuhrwerkes. Der Kern ist
fest mit der Leiterplatte verbunden, was ihm hohe mechanische Stabilität verleiht.
Der Verlauf am Rande der Leiterplatte und somit in dichter Nachbarschaft des
elektrisch nicht leitenden und magnetisch nicht abschirmenden Gehäuses ermöglicht
einen größtmöglichen Abstand von der kritischsten internen Störquelle, nämlich
dem der Antennenspule möglichst diametral gegenüber anzuordnenden Taktgenerator
für den Prozessorbetrieb. Der Kern sollte sich über einen Bogenwinkel
von deutlich über 90° erstrecken. Ab etwa 120° ist die Antennenleistung schon
sehr gut. Die größte effektive Länge (Projektion oder Sehne über die Enden des
Spulenkernes) ergibt sich bei einem halbkreisförmigen Bogen, also über 180°. Vorzugsweise
erstreckt der gebogene Kern sich aber über einen noch größeren Winkel,
bis in die Größenordnung von 240° und darüber. Das erbringt zwar kein Anwachsen
der effektiven Kernlänge mehr, aber dennoch eine Steigerung der Antennenempfindlichkeit,
weil die über 180° hinausgehenden Enden des Spulenkernes
wie feldsammelnde Polleitstücke wirken. Am Rande der Leiterplatte ist außerhalb
der Kernbogens eine Lücke, in der extern betätigbare Schaltelemente ausgebildet
sind. Außerdem ist es zweckmäßig, die Enden des Spulenkernes so weit voneinander
zu distanzieren, daß neben den Schaltelementen auch noch ein Speicher (eine
Primärbatterie; oder ein Akkumulator für den Uhrwerksbetrieb aus einer fotovoltaischen
Zelle heraus) angeordnet werden kann.
Damit ist eine Funkarmbanduhren-Antenne geschaffen, die so gegenläufige Anforderungen
wie hohe Leistungsfähigkeit trotz kleiner Abmessungen in sich vereinigt,
dabei in die Gesamtfunktion des Werkes integriert werden kann und durch Stapeln
von schmalen langen Lamellen aus amorphem Metall stoßsicher (gemäß DIN
8308) ist. Dieses durch Einfrieren auf die endgültige Raumform versteifte und dabei
auf den Elektronikmodul des Funkuhrenwerkes bündig aufgeklebte Flex-Paket
wird durch das dicht benachbarte Uhrengehäuse mechanisch stabilisiert. Trotz minimalen
Platzbedarfes ergibt sich bei bester Raumausnutzung ein Antennenspulenkern
größtmöglicher effektiver Länge, wenn er halbkreisförmig dem Werkdurchmesser
angepaßt wird, womit zugleich der größtmögliche Abstand von werkinternen
Störquellen erzielbar ist.
Zusätzliche 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 stark vereinfacht
aber angenähert maßstabsgerecht (um ein Vielfaches vergrößert) skizzierten bevorzugten
Realisierungsbeispieles zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur
der Zeichnung zeigt den Elektronikmodul einer Funkarmbanduhr in Blick gegen
die vom Uhrgehäuse umgebene Leiterplatte ohne Berücksichtigung des Räderwerks
für die analoge Zeiger-Zeitanzeige.
Der in diesem Beispielsfalle im Querschnitt kreisförmige Innenraum des ringförmigen
Armbanduhren-Gehäuses 11 einer Funkarmbanduhr 12 wird im wesentlichen
von einer etwa kreisförmig berandeten Leiterplatte 13 für die elektrische Verbindung
und mechanische Halterung der Bauelemente des Elektronikmoduls des Funkuhrwerkes
eingenommen, die etwa einen Durchmesser von typisch nur 2,2 cm
hat. Es handelt sich bevorzugt um die, hinter dem in sich funktionstüchtigen Getriebeblock
anzuordnende, Hauptleiterplatte für die elektronischen Funkuhrenfunktionen,
wie hinsichtlich der Räderzuordnung zu einer Lichtschranke in unserer
heutigen Parallelanmeldung
Funkuhrwerk" näher beschrieben, worauf zur weiteren
Erläuterung vorliegender Erfindung hier voll-inhaltlich Bezug genommen wird.
Bei jenen Bauelementen handelt es sich insbesondere uni eine quarzstabilisierte
Empfängerschaltung 14 für Demodulation der über Langwelle verbreiteten Telegramme
mit der kodierten absoluten Zeit und um einen Prozessor 15 für die Dekodierung
der Zeittelegramme, für deren Vergleich mit der momentan von den
Zeigern der Uhr angezeigten Zeit und für die Korrektur dieser Zeitanzeige im Falle
von Abweichungen von der über Funk aufgenommenen aktuellen Zeit, wie etwa in
der EP 0 180 155 B1 näher beschrieben. Die Taktfrequenz des Prozessors 15 wird
mittels eines weiteren Schwingquarzes 16 stabilisiert. Für kapazitive Beschaltungen
sind diverse diskrete, in kleineren und größeren Gruppen angeordnete, Kondensatoren
17 vorgesehen. Löcher 18 dienen dem Durchgriff der Wellen für die Zahnräder
des Räder- und Zeigerwerks, die selbst nicht dargestellt sind. Zur Zeigerstellungs-Detektion
gemäß DE 35 10 861 C2 ist wenigstens ein die Winkelstellungen
bestimmter Räder des Getriebeblockes abtastendes Lichtschranken-Element 19 auf
der Hauptleiterplatte 13 angeordnet. Eine größere Einbuchtung 20 am Rand der
Leiterplatte 13 des Elektronikmoduls dient der Aufnahme eines knopfförmigen
Speichers 21 für den Betrieb des Elektronikmoduls, also der Empfänger-, Prozessor- und Antriebsschaltungen. Bei diesem Speicher 21 kann es sich um eine Primärbatterie
oder um einen chemischen oder elektrischen Speicher (Akkumulator
bzw. Kondensator) zum Betrieb der Uhrenschaltung etwa mit einer fotovoltaischen
Zelle handeln. Über Ausnehmungen 22 im Verlaufe der Berandung 23 enden Federzungen
24, die von außerhalb des Uhrgehäuses 11 etwa mittels Stößeln betätigbar
sind, um durch Verbiegen bis zur Anlage gegen einen an der Leiterplatte 13
befestigten Gegenkontakt 25 eine Schaltfunktion beispielsweise im Prozessor 15
auszulösen. Dafür sind die Federzungen 24 vorzugsweise gemeinsam auf Bezugs- oder
Massepotential gelegt, um mit einem gemeinsamen elektrischen und mechanischen
Anschluß an den Rand der Leiterplatte 13 auszukommen. Der Schrittmotor
30 für die zeithaltende Bewegung des Zeigerwerkes ist im Interesse geringer magnetischer
Verkopplung möglichst so orientiert, daß seine Feldspule etwa quer zur
Antennenspule 27 ausgerichtet ist. Wenn auch die Einschaltung es Empfängers 14
gegenüber der Ansteuerung des Schrittmotors 30 zur Vermeidung von Empfangsstörungen
gegeneinander versetzt erfolgt, trägt doch solche magnetische Entkopplung
der beiden dicht benachbarten Spulen zu weiterer Zuverlässigkeit des Empfangsbetriebes
bei.
Für den Empfang der über Langwelle verbreiteten Zeittelegramme ist die Empfängerschaltung
14 nämlich an eine magnetische Antenne 26 angeschlossen. Die weist
nach Art einer Rahmenantenne eine Spule 27 auf welche mittels eines Kondensators
17 auf die Trägerfrequenz des Zeitsenders abgestimmt ist. Zur Steigerung der
Empfindlichkeit der Antenne 26 wird die Spule 27 von einem lamellierten Kern 28
aus einem Stapel flexibler Streifen weichmagnetischen Materials hoher Permeabilität,
wie insbesondere amorpher Metalle in Blattform, getragen. Die über den Querschnitt
dieses Kernes 28 auftragende Spule 27 taucht in einen ausgesparten oder
ausgenommenen Freiraum 29 am Rande 23 der Leiterplatte 13 ein, so daß der aus
der Spule 27 heraustretende Kern 28 längs des Randes 23 der Leiterplatte 13 auf
dieser aufliegt. Dabei ist der Kern 28 so gestapelt, daß die einzelnen Streifen längsseits
auf ihren Seitenrändern stehen und in Umfangsrichtung des Leiterplatten-Randes
23 gebogen verlaufen. Dieser nicht unbedingt kreisbogenförmige Rand 23
bzw. die Kontur der benachbarten Uhrengehäuses 11 bestimmen also die Querschittsgeometrie
des außerhalb der Spule 27 bogenförmig verlaufenden Kernes 28.
Die im Interesse hoher Antennenempfindlichkeit größte erreichbare wirksame Länge
des Kernes 28 ergibt sich, wenn die Sehne des Bogens etwa durch den Mittelpunkt
der runden Leiterplatte 13 verläuft, wenn also der gebogene Lamellenkern
28 einen Winkel von 180° überstreicht. Ein größerer Winkel, wie im dargestellten
Beispielsfalle, verlängert zwar nicht die wirksame Antennenlänge, steigert aber
dennoch die Antennenempfindlichkeit, weil diese übe 180° hinausragenden Enden
des lamellierten Weicheisen-Kernes wie Polschuhe feldverstärkend wirken und die
Richtungsempfindlichkeit der Antennenspule etwas mindern.
In der Fabrikation wird der die Antennenspule 27 durchquerende lamellierte
Weicheisenkern 28 nach Maßgabe der Querschnittsgeometrie der Innenwandung
des Gehäuses 11 bzw. des Verlaufes des Leiterplattenrandes 23 gebogen und die
Spule 27 durch Verschieben auf dem Kern 28 bzw. durch kapazitive Beschaltung
(17) auf die feste Sendefrequenz des Zeitsenders (insbesondere DCF 77) abgestimmt.
Zum Fixieren von Spulenposition und Bogengeometrie wird der Kern 28
samt Spule 27 in ein Vergußwerkzeug eingelegt und mit Kunstharz oder anderem
Klebemittel getränkt. Der so ausgehärtete Verbund 27-28 wird mit in ihren Freiraum
29 hineinragender Antennenspule 27 auf den Rand 23 der Leiterplatte 13
geklebt; oder die Leiterplatte 13 wird zum gemeinsamen Aushärten als weiterer
Verbund-Bestandteil 13-27-28 maßgerecht auf das Vergußwerkzeug gelegt. Die
Anordnung vereinigt einen extrem geringen Platzbedarf mit einer extrem stabilen
Befestigung bei günstigstem da weitestem Abstand von der wichtigsten Störquelle
(dem Prozessor 15 mit dem Schwingquarz 16). Außerdem ist der so gebogene und
befestigte Kern 28 durch praktisch über die gesamte Länge erfolgende Abstützung
gegen das dicht benachbarte Uhrengehäuse 11 optimal gegen mechanische Beanspruchung
geschützt.
Unter den beschränkten räumlichen Verhältnissen innerhalb eines Armbanduhrengehäuses
11 ergeben sich für die magnetische Langwellenantenne 26 einer Funkarmbanduhr
12 in Hinblick auf die Antennenempfindlichkeit und die stoßsichere
Ausgestaltung also optimale Verhältnisse, wenn der die Antennen-Spule 27 durchsetzende
Weicheisenkern 28 als langer Stapel aus flexiblen Lamellen ausgebildet
ist, der - dicht innerhalb des Uhrgehäuses 11 (kreis-) bogenförmig längs des Leiterplatten-Randes
23 befestigt - sich über einen möglichst großen Umfangswinkel
erstreckt aber zwischen seinen Enden für Tastschalter-Federzungen 24 sowie für
einen elektrischen Energie-Speicher 21 Raum läßt, mit Anordnung der Prozessor-Taktschaltung
samt Schwingquarz 16 der Antennenspule 27 etwa diametral
gegenüber.