DE3903706C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Uhr mit einem elektro nischen Uhrenbaustein gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a watch with an electro African clock module according to the preamble of the claim 1.
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.Watches with electronic watch modules are in the ver various designs known. Usually point such watches - even when using solar cells Power supply - batteries or accumulators on that the electronic clock module or the electronic Circuits at least temporarily with electrical Supply energy.
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.Such batteries or accumulators are Ver wear parts that - depending on the structure of the watch - after six months to a few years sen. It can happen that the spare part price for Batteries or accumulators over the new price of the watch increases. But above all it is - not least because of the Variety of different batteries - very time consuming and not possible at all in different countries Obtain replacement batteries or accumulators.
Es sind deshalb in der Patentliteratur Uhren mit elektro nischen Uhrenbausteinen beschrieben, bei denen Generatoren vorgesehen sind, die die Akkumulatoren aufladen.There are therefore watches with electro in the patent literature African clock modules described, where generators are provided are that charge the accumulators.
Hierzu wird beispielsweise auf die DE-OS 25 02 250, die DE-OS 23 58 341 und die DE-OS 27 51 797 verwiesen. For this purpose, for example, on DE-OS 25 02 250, the DE-OS 23 58 341 and DE-OS 27 51 797 referenced.
Diese bekannten Uhren weisen jedoch ebenfalls eine Reihe von Nachteilen auf:However, these known watches also have a number from disadvantages to:
An erster Stelle ist als Nachteil zu nennen, daß diese bekannten Uhren weiterhin Akkumulatoren und damit Verschleißteile aufweisen, die von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden müssen, wobei sich weiterhin das Problem stellt, daß die unbrauchbaren Akkumulatoren entsorgt werden müssen.In the first place it should be mentioned as a disadvantage that this known watches continue to accumulators and thus wear parts have exchanged from time to time the problem that still arises that the unusable batteries must be disposed of.
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.In addition, these watches are due to the additional Generator for the special according to these publications Parts are used, very complex and therefore expensive in the production.
Eine Uhr mit einem elektronischen Uhrenbaustein gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei der kein Akkumulator vorgesehen ist, ist aus der EP 02 39 820 A1 bekannt. Diese bekannte Uhr weist eine als herkömmliche Zeigereinheit ausgebildete Anzeigeeinheit auf, die von einem mechanischen Uhrwerk angetrieben wird, das mit einem Generator verbunden ist, der ohne Zwischenschaltung eines Akkumulators die elektrische Energie für den elektronischen Uhrenbaustein liefert. Der Generator ist ein im Generatorbetrieb arbeitender Synchronmotor, der über einen elektronischen Schalter, den der elektronische Uhrenbaustein steuert, mit einem Zwischenspeicher verbunden ist. Damit kann bei dieser bekannten Uhr zwar eine Verlangsamung des Ganges der Uhr, nicht jedoch eine Beschleunigung des Ganges erfolgen.A watch with an electronic watch module according to the The preamble of claim 1, in which no accumulator is provided is known from EP 02 39 820 A1. These known watch has a conventional pointer unit trained display unit by a mechanical Clockwork is driven by a generator is connected, without the interposition of an accumulator the electrical energy for the electronic watch module delivers. The generator is in generator operation working synchronous motor, which has an electronic Switch controlled by the electronic clock module is connected to a buffer. So that can in this known watch, a slowdown in the gear the clock, but not an acceleration of the gait respectively.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Uhr mit einem elektronischem Uhrenbaustein derart weiterzubilden, daß bei niedrigen Gestehungskosten und ohne Verschleiß teile, d. h. Akkumulatoren und Batterien, eine hohe Ganggenauigkeit erzielt wird und insbesondere auch eine Beschleunigung des Ganges der Uhr möglich ist.The invention is based, with a clock to further develop an electronic watch module in such a way that at low cost and without wear parts, d. H. Accumulators and batteries, high accuracy is achieved and in particular an acceleration of the clock is possible.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen angegeben.An inventive solution to this problem is with their Developments specified in the claims.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Synchronmotor/Generator zusätzlich auch im Motorbetrieb arbeiten kann, in dem er mit dem Zwischenspeicher verbunden ist, und daß zur Synchronisation der Bewegung Synchronmotor/Generator/Uhrenbaustein der Zwischenspeicher bei einem Nachgehen des mechanischen Uhrwerks im Motorbetrieb des Motors elektrische Energie an den Motor liefert und bei einem Vorgehen im Generatorbetrieb des Motors elektrische Energie aufnimmt.This object is achieved in that the Synchronous motor / generator also in motor operation can work by connecting to the cache is, and that to synchronize the movement synchronous motor / generator / clock block the cache when the mechanical clockwork continues to operate during engine operation of the motor supplies electrical energy to the motor and in a procedure in generator operation of the engine absorbs electrical energy.
Auch bei der erfindungsgemäßen Uhr wird zum Antreiben des Generators ein handelsübliches mechanisches Uhrwerk verwendet. Da es bei diesem Uhrwerk nicht auf Genauigkeit etc. ankommt, kann hierfür ein kostengünstiges Uhrwerk verwendet werden, dessen Gestehungskosten insbesondere unter Berücksichtigung der Entsorgungskosten für gebrauchte Batterien etc. für verschiedene Ausführungen unter den Gestehungskosten für Akkumulatoren etc. liegen. Dennoch haben derartige Uhrwerke eine Lebensdauer - die nicht mit der Service-Intervallzeit bei herkömmlichen mechanischen Uhren, die durch die Ganggenauigkeit bestimmt ist, zu verwechseln ist -, die weit über der Lebensdauer selbst guter Akkumulatoren liegt.Also in the clock according to the invention is used to drive the Generator uses a commercially available mechanical clockwork. Since this watch mechanism is not accurate etc. arrives, an inexpensive clockwork can be used for this be used, the production costs in particular taking into account the disposal costs for used Batteries etc. for different designs among the Production costs for batteries etc. are. Yet such clockworks have a lifespan - not with the service interval time for conventional mechanical Clocks, which is determined by the accuracy, too is confused - that is well beyond the lifespan itself good accumulators.
Das erfindungsgemäße Konzept, ein handelsübliches mechanisches Uhrwerk zum Antrieb des Generators, der auch im Motorbetrieb arbeiten kann, zu verwenden und die Ausgangsspannung des Generators direkt an den elektronischen Uhrenbaustein anzulegen, kann für beliebige Uhren, wie Armbanduhren, Standuhren, Wecker, Wanduhren oder sonstige Klein- und Großuhren usw. verwendet werden.The inventive concept, a commercially available mechanical Clockwork to drive the generator, which is also in the Motor operation can work, and use the output voltage the generator directly to the electronic clock module, can be used for any watch, such as wristwatches, Longcase clocks, alarm clocks, wall clocks or other Small and large clocks, etc. can be used.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments of the invention are in the subclaims featured.
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 vorgesehen ist. In den Ansprüchen 5 und 6 sind Möglichkeiten gekennzeichnet, den Generator in einfacher und platzsparender Weise in ein herkömmliches mechanisches Uhrwerk zu integrieren. In den Ansprüchen 7 bis 10 sind verschiedene mechanische Uhrwerke angegeben, die vorteilhafterweise bei der erfindungsgemäßen Uhr einsetzbar sind.In claim 3 is known as an advantageous development records that as a "cache", to a small extent cached electrical energy and / or the off output voltage of the generator smoothes a capacitor is provided. In claims 5 and 6 are possibilities marked, the generator in a simple and space-saving Way in a conventional mechanical clockwork to integrate. In claims 7 to 10 are different mechanical movements indicated, which advantageously can be used in the clock according to the invention.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben, in der zeigen:The invention is based on an embodiment example with reference to the drawing be wrote in the show:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Uhr, FIG. 1 is a schematic diagram of a timepiece according to the invention,
Fig. 2 und 3 verschiedene Möglichkeiten, einen Puffer speicher zu realisieren, und Fig. 2 and 3 different ways to realize a buffer memory, and
Fig. 4 bis 6 Ausbildungen des erfindungsgemäßen Generators, Fig. 4 to 6 embodiments of the generator according to the invention,
Fig. 7 und 8 Realisierungen dieses Ausführungsbeispiels und FIGS. 7 and 8 implementations of this embodiment, and
Fig. 9 eine Darstellung zur Erläuterung der er findungsgemäß verwendeten Synchronisation. Fig. 9 is an illustration for explaining the synchronization according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Uhr. Ein Unruhschwinger, der schematisch als Pendel 1 dargestellt ist, treibt einen Generator 2, dessen Ausgangsklemmen über eine Diode 3 und einen als Zwischenspeicher 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 gewisse Zeitspanne die Energieversorgung des Uhrenbausteins aufrechterhält. Je nach Auslegung des Kondensators 4 kann diese Zeitspanne einige Sekunden bis einige 10 Minuten betragen. FIG. 1 is a schematic diagram showing a clock according to the invention. A balance oscillator, which is shown schematically as a pendulum 1 , drives a generator 2 , the output terminals of which are connected to an electronic watch module 5 via a diode 3 and a capacitor 4 connected as a buffer. The capacitor 4 serves, on the one hand, to smooth the output voltage of the generator 2 and, on the other hand, as a buffer memory, which maintains the energy supply to the clock module over a certain period of time. Depending on the design of the capacitor 4 , this time span can be from a few seconds to a few 10 minutes.
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. Figs. 2 and 3 show different ways to realize the buffer memory. With 2 the generator is again referred to, which is shown schematically as a moving magnet 2 'with a north pole N and a south pole S, which induces a voltage in a coil 2 ''. 3 ' and 3'' denote diodes. The diode 3 'is connected in the embodiment shown in Fig. 2 so that a single capacitor 4 ' is charged with only a "half wave" of the generator 2 via it.
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.The circuit shown in Fig. 3, however, in a conventional manner alternately via diodes 3 'and 3 ''two capacitors 4 ' and 4 '' charged.
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. FIGS. 4 to 6 show various embodiments of very flat and small build construction generators, therefore making them particularly suitable for use in the present invention clocks.
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 ringförmiges Element 13 stellt den magnetischen Rückschluß her. Fig. 4a shows a generator 2 , which leads out as an ironless Gloc kenankerläufer in baked cross-winding technology. The generator has a coil 10 , the winding layers of which are shown in FIG. 4b. This coil 10 is moved for example in the direction of an arrow 11 in the magnetic field of a fixed magnet wheel 12 . An annular element 13 produces the magnetic yoke.
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.The rotary or oscillating movement of the coil 10 induces an alternating voltage at the connections, which is connected to the electronic clock module 5 via the diode 3 and the capacitor 4 in the manner described above.
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. FIGS. 5a and b show a further embodiment for a generator in a flat manner. The generator has a rotating coil 14 designed as a disc rotor, which oscillates or rotates in the magnetic field of two magnets 15 and 16 , which are arranged in a housing 17 .
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 Rückschlusses. Fig. 6 shows a third exemplary embodiment of a generator 2 with a pendulum magnet 20 which oscillates in the magnetic field of pole pieces 21 of induction coils 22 or rotates. The housing 23 in turn serves for shielding and for producing the magnetic yoke.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen für Generatoren eignen sich insbesondere bei Verwendung mit Seltene-Erde-Magneten zum Einbau auch in kleine Uhren, wie Armbanduhren.The above-described embodiments for generators are particularly suitable for use with rare earth magnets for installation in small watches, such as wristwatches.
Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen möglich, bei denen beispielsweise die Anordnung von Spulen und Magneten vertauscht sind. Of course, other embodiments are also possible, where, for example, the arrangement of coils and magnets are exchanged.
Die vorstehend beschriebenen Generatoren können sowohl bei erfindungsgemäßen Lösungen mit marktgängigen Baugruppen, bei denen beispielsweise die Unruh einer Federwerkuhr den Generator treibt und die Ausgangsspannung des Generators einem üblichen Quarzwerk mit Schrittmotor für den Zeigerantrieb oder einer LCD-Anzeige zugeführt wird, als auch Ausführungsform zugeführt werden, die im folgenden beschrieben werden und in diesem Zusammenhang als Quarz- bzw. elektronisch synchronisierte elektrische Uhren bezeichnet werden.The generators described above can both solutions according to the invention with commercially available assemblies, where, for example, the balance of a spring clock Generator drives and the output voltage of the generator a common quartz movement with stepper motor for the pointer drive or fed to an LCD display, as well Embodiment are supplied, which are described below and in this context as quartz or electronically synchronized electric clocks will.
Die Fig. 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei denen ein mechanischer Zeigerantrieb durch den elektronischen Uhrenschaltkreis synchronisiert wird. Dabei wird - wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeipiel - beispielsweise die Unruh als Generator/Motor mit Drehspule und Drehmagnet ausgeführt. FIGS. 7 and 8 show an embodiment in which a mechanical pointer drive is synchronized by the electronic clock circuit of the invention. Here, as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the balance wheel, for example, is designed as a generator / motor with a rotating coil and a rotating magnet.
Fig. 7 zeigt eine Ausgestaltung, bei der ein Generator 2 die elektrische Energie für einen mechanischen Zeigertrieb 6 der Uhr liefert. Weiter ist der Generator 2 über eine Diode 3 mit einem elektronischen Uhrenbaustein 5 verbunden. Ferner ist ein Schalter 32 vorgesehen, der als bidirektionaler Schalter ausgeführt ist. Parallel bzw. alternativ zu einem Lastwiderstand 33 ist ein Pufferspeicher 34 geschaltet, 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. Durch entsprechends Schließen 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. Fig. 7 shows a configuration in which a generator 2 supplies the electric energy for a mechanical pointer drive 6 of the watch. The generator 2 is also connected via a diode 3 to an electronic clock module 5 . Furthermore, a switch 32 is provided, which is designed as a bidirectional switch. A buffer memory 34 , which can be a capacitor, for example, is connected in parallel or as an alternative to a load resistor 33 . By closing or opening the switch 32 , the generator 2 can deliver energy to the buffer store 35 or absorb energy from the buffer store 35 and thus work in generator or motor operation. By appropriately closing the switch 32 , the generator is loaded, so that the mechanical pointer drive 6 of the watch is slowed down, and gait disturbances of the watch can thus be eliminated.
Fig. 8 zeigt eine Realisierung der in Fig. 7 dargestellten Ausgestaltung. Der Schalter 32 ist als bidirektionaler Schalter 32′ und 32′′ in MOS-Technik ausgeführt und sinnvollerweise mti dem Anlauf-, Versorgungs- und Synchronisationsdioden 30₁ bis 30₃ 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 Ablauf der Schaltung der Oszillator 35 und der Teiler 36 versorgt (gestrichelt gezeichnet), so daß der Widerstand 33 entfallen kann. FIG. 8 shows an implementation of the embodiment shown in FIG. 7. The switch 32 is designed as a bidirectional switch 32 'and 32 ''in MOS technology and usefully with the start-up, supply and synchronization diodes 30 ₁ to 30 ₃ for an oscillator 35 and the associated divider 36 as an IC. In order to achieve more stable operating conditions, the buffer memory 34 can be weakly discharged by the load resistor 33 , or the oscillator 35 and the divider 36 are supplied from the buffer memory 34 after the circuit has expired (shown in broken lines), so that the resistor 33 can be omitted.
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.The arrangement according to the invention has the advantage that there is no special stepper motor to drive the pointer, the overall efficiency is comparative (running time of the watch) wise big because the greater part of the mechanical energy is used for pointer drive. Furthermore, the size be reduced.
Im folgenden soll die Funktionsweise der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Uhr unter Bezugnahme auf Fig. 9 näher beschrieben werden:The mode of operation of the clock shown in FIGS. 7 and 8 will be described in more detail below with reference to FIG. 9:
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.Generator operation occurs when (currently considered) the charging voltage of the capacitor 34 is less than the clamping voltage of the generator 2 . Conversely, motor operation is obtained when the charging voltage of the capacitor 34 is greater than the voltage of the generator 2 , which then becomes the motor.
Zum Zeitpunkt t1 (Fig. 10) wird der Kondensator 34 über den bidirektionalen Schalter auf u1 aufgeladen, dazu wird der bidirektionale Schalter nur kurzzeitig eingeschaltet. Besteht die Tendenz, daß die Uhr nachgeht, dann wird nach dem quarzgesteuerten Zeitintervall t2-t1 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.At time t 1 ( FIG. 10), the capacitor 34 is charged to u 1 via the bidirectional switch, for this purpose the bidirectional switch is only switched on for a short time. If there is a tendency for the clock to run, then energy is supplied to the quiescent coil after the quartz-controlled time interval t 2 -t 1 . This gets an impulse that increases the frequency, the follow-up is balanced. If the balance wheel goes exactly, there is no energy exchange. If the clock goes ahead, the balance coil emits energy to the capacitor 34 in generator mode, the balance gets a frequency-reducing pulse, the procedure is compensated for.
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