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    公开号:WO1980001113A1
    申请号:PCT/DE1979/000137
    申请日:1979-11-15
    公开日:1980-05-29
    发明作者:H Schaefer；P Busch
    申请人:Braun Ag；H Schaefer；P Busch；
    IPC主号:G04C3-00
    专利说明:
    [0001] Zeithaltendes Gerät, Insbesondere quartzgesteuerte Uhr
    [0002] Technisches Gebiet
    [0003] Die Erfindung betrifft ein zeithaltendes Gerät, insbesondere eine quartzgesteuerte Uhr, das einen Oszillator mit elektronischen Frequenzteilern, sowie einen elektronisch gesteuerten Motor mit einer Arbeitswicklung zum Antrieb eines Anzeigesystems und einer Steuerwicklung enthält, wobei eine bistabile Kippstufe vorgesehen ist, deren einer Eingang von den Impulsen der geteilten Quartzfrequenz und deren anderer Eingang vom Motor abgeleiteten Impulsen, die nahezu die gleiche Folgefrequenz wie die Impulse der geteilten Quartzfrequenz haben, angesteuert wird und deren Ausgang ein Schaltglied zur Umschaltung der Drehzahl des Anzeigesystems steuert.
    [0004] Stand der Technik
    [0005] Es sind bereits zahlreiche elektronische Uhren vorgeschlagen worden, die einen Schwingquartz als Zeitnormal aufweisen. Bei diesen elektronischen Uhren können zwei Hauptgruppen unterschieden werden: die Uhren mit digitaler Zeitanzeige und Uhren mit analoger Zeitanzeige.
    [0006] Werden bei einer Uhr mit analoger Zeitanzeige die Zei tanzeigeelemente direkt mit den Impulsen eines Frequenzteilers gesteuert, der die Frequenz des Schwingquartzes herunterteilt, so ist in der Regel zur Gewährleistung der Fortschaltsicherheit eine relativ große Leistungsaufnahme erforderlich, die nur herabgesetzt werden kann, wenn eine größere Störempfindlichkeit zugelassen wird.
    [0007] Weiterhin ist bei bekannten Systemen, die mit direkt gesteuerten Schrittschal tmotoren, direkt synchronisierten Schwingungssystemen und Motoren arbeiten, eine Anordnung notwendig, die schon innerhalb einer einzigen Schaltperiode eventuelle Fehler rückgängig machen muß. Bei solchen Systemen kann die Stoßempfindlichkeit zu einer bleibenden Standabweichung führen.
    [0008] Um diese Nachteile weitgehend zu beseitigen mußten aufwendige Sonderkonstruktionen für das Anzeige- und Fortschaltsystem vorgesehen werden, zum Beispiel Schwingungssysteme mit hohem Energieinhalt, d.h. mit großer Amplitude und hoher Frequenz.
    [0009] Aus der DE-OS 23 05 682 ist eine Uhr bekannt, die einen Quartzoszi 1 lator mit einem elektronischen Frequenzteiler sowie einen elektronisch gesteuerten Motor aufweist, bei dem die Standabweichungen relativ schnell ausgeregelt werden können. Das Anzeigesystem dieser Uhr wird mit mindestens zwei Drehzahlen betrieben, wobei mindestens eine Drehzahl höher und mindestens eine niedriger als eine der Quartzfrequenz entsprechenden Solldrehzahl steuerbar eingestellt werden kann und ein Speicher vorhanden ist, dessen einer Eingang von den Impulsen der geteilten Quartzfrequenz und dessen anderer Eingang von Impulsen angesteuert wird, die vom zeithaltenden System abgeleitet werden und nahezu die gleiche Folgefrequenz wie die Impulse der geteilten Quartzfrequenz haben. Der Ausgang dieses Speichers steuert dabei ein Schaltglied zur Umschal tung der Drehzahl des Anzeigesystems. Kennzeichnend ist für diese Uhr, daß der Speicher eine bistabile Kippstufe ist, und daß die vom Motor abgeleiteten Impulse über einen Frequenzteiler der bistabilen Kippstufe zugeführt werden. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß mit dieser bekannten Schaltung ein zeitgenaues Treiben des Motors nicht möglich ist, wenn eine sehr geringe Belastung des Motors vorgesehen ist. Abhilfe schafft zwar eine extrem feine Abstufung des Frequenzteilers, eine solche feine Abstufung macht jedoch einen zusätzlichen hohen Bauaufwand, zum Beispiel weitere Teilerstufen notwendig.
    [0010] Es sind weiterhin Motorantriebe der in Frage stehenden Art bekannt, bei denen der Rotor mit Impulsen entsprechend der Drehzahl des Rotors mit verschiedener Breite und in verschiedenem Abstand angetrieben wird. Diese Antriebsimpulse haben zum Beispiel in CMOS-Schal tkreisen steile Ein- und Ausschaltflanken. In die Steuerwicklung werden folglich Nadel impulse induziert, welche am Steuereingang unerwünscht sind bzw. die Logik der integrierten Schaltung stören. Der Steuereingang ist grundsätzlich mit einem Triggerlevel versehen, welcher die Störimpulse erkennt und somit die Logik mehr Impulse zählt als tatsächlich am Steuereingang entsprechend der Motorendrehzahl anliegen. Üblicherweise wird hier ein Kondensator parallel zur Steuerwicklung geschaltet, um diese Nadel impulse bzw. hohe Frequenzen kurzzuschließen. Messungen haben gezeigt, daß dies nur begrenzt möglich ist oder nur mit erheblichem Aufwand an zum Beispiel RC-Gliedern. Diese Möglichkeit ist jedoch aufwendig und hat den Nachteil, daß ein erheblicher Spannungsabfall entsteht und somit am Steuereingang eine nicht ausreichende Spannung zur Verfügung steht.
    [0011] Höhere Windungszahlen für die Steuerwicklung sind hier nur eine begrenzte Möglichkeit. Nachteile sind das Volumen, die Kosten und der Wirkungsgrad der Steuerwicklung.
    [0012] Der Erfinddng liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zeithaltendes Gerät, das einen Quartzoszillator mit elektronischen Frequenzteilern sowie ein elektronisch gesteuertes mechanisches zeithaltendes System mit einem Anzeigesystem enthält, zu schaffen, das bei geringem Bauaufwand und bei geringer Stromaufnahme innerhalb kürzester Zeit Gangungenauigkeiten reguliert und das darüberhi naus stoßunempfindlich arbeitet.
    [0013] Darstellung der Erfindung
    [0014] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nur eine Drehzahl oberhalb der Nenndrehzahl steuerbar einstellbar ist, wozu die zeithaltende bistabile Kippstufe nach Eingang des Soll-Impulses vom Zeitnormal ein zwischen dem Frequenzteiler und einem Ausgangsverstärker angeordnetes Glied ansteuert und den Motor auf die maximal eingestellte Drehzahl beschleunigt.
    [0015] Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß nur eine Drehzahl oberhalb der Nenndrehzahl steuerbar eingestellt wird, wobei die Eingangsfrequenz des dem Synchronmotor vorgeschalteten Frequenzteilers aus den Teilerstufen des Frequenznormals abgegriffen wird.
    [0016] Mit Vorteil ist der Regler aus einem mehrstufigen Frequenzteiler, dessen Eingangsfrequenz aus dem Oszillatorteiler entnommen ist gebildet, wobei der Ausgang des Teilers über ein Gate und einen Ausgangsverstärker auf die Antriebsspule des Motors geschaltet ist, so daß die Motorendrehzahl unmittelbar von den Ausgangsimpulsen des Frequenzteilers abhängig ist. Auf diese Weise wird ein zeithaltendes Gerät geschaffen, das bei geringem Bauaufwand und bei geringer Stromaufnahme innerhalb kürzester Zeit Gangungenauigkeiten reguliert. In Weiterführung der Erfindung wird die Aufgabe gestellt, die elektronische Schaltung so auszulegen, daß unerwünschte Nadelimpulse am Steuereingang die Logik der integrierten Steuerschaltung nicht stören.
    [0017] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein digitales Filter mit nachfolgende Impulsformer zur Erzeugung eines schmalen Triggerimpulses beim Umschalten von H nach L am Steuereingang des Motors vorgesehen ist, welches Störimpulse mit beispielsweise einer Impulsbreite von kleiner als 1,95 msec nicht weiterschaltet,und die Vergleichs- bzw. Triggerfrequenz aus der Teilerkette des Frequenznormals entnimmt.
    [0018] Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung wird erreicht, daß Störimpulse am Eingang der Steuerschal tung , d ie ei ne gewi sse ei nstel l bare Impul sbrei te unterschreiten, nicht weitergeschaltet werden und so die Logik der integrierten Steuerschaltung nicht stören können.
    [0019] In Verbindung mit der erfihdungsgemäßen Lösung läßt sich ein akustischer Signalgeber aufbauen, dessen kennzeichnende Merkmale darin bestehen, daß ein elektro-akustischer Wandler, der ein akustisches Signal kontinuierlich oder diskontinuierlich abgeben kann und eine zweite Frequenzteilerkette vorgesehen sind, welche mit denselben quartzgenauen Frequenzen beaufschlagt wird wie die erste Frequenzteilerkette und die mit dem elektro-akustischen Wandler verbunden ist und ein ODER-Gatter, das sowohl mit einem ersten Teil der ersten Frequenzteilerkette als auch mit dem Ausgang der zweiten Frequenzteilerkette verbunden ist, wobei der Ausgang dieses ODER-Gatters mit dem Eingang des zweiten Teils der ersten Frequenzteilerkette verbunden ist.
    [0020] Der damit erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß durch die Einfügung einer weiteren von dem Standard-Oszillator gespeisten Teilerkette ein in der Haupt-Teilerkette auftretender Fehler kompensiert wird. Außerdem erfolgt die Signalabgabe unabhängig von der Haupt-Teilerkette, was beispielsweise die Verwendung preiswerter Flip-Flops für die zusätzliche Kette ermöglicht.
    [0021] Da die beiden Teilerketten bzw. Teile von ihnen über ein ODER-Gatter miteinander verbunden sind, ist es für die Funktionswelse der Uhr unerheblich, ob eine dieser Teilerketten ausfällt. Wenn nur eine dieser beiden Teilerketten intakt bleibt, ist der sichere Betrieb der Uhr gewährleistet. Werden die beiden Teilerketten statt über ein ODER-Glied über ein UND-Glied miteinander verbunden, so kann diese Schaltung als Uberwachungseinrichtung für die exakte Funktion der Teilerketten dienen, denn ein Zeitimpuls wird unter dieser Voraussetzungen nur dann weitergegeben, wenn beide Teilerketten exakt gleichförmig arbeiten.
    [0022] Eine Fehlerindikation ist jedoch auch bei der Schaltung mit ODER-Gatter möglich, denn hierbei kann es vorkommen, daß die Uhrzeit exakt angezeigt wird, während der Summton ausfällt. In einem solchen Fall ist es klar, daß die zweite Teilerkette fehlerhaft ist, während die erste noch orndungsgemäß funktioniert.
    [0023] Um zu verhindern, daß geringe relative Frequenzabweichungen der Teilerkette bewirken, daß die nachfolgenden Teilerstufen falsch getaktet werden, indem sie zwei kurz hintereinander erscheinende Impulse aus den beiden Teilerketten mit zwei Zählsehritten beantworten, obwohl es sich um dieselbe Zeitmarkierung handelt, ist zweckmäßigerweise ein einstellbares Filter vorgesehen, welches stets dann nur einen Impuls weitergibt, wenn es zwei dicht aufeinanderfolgende Impulse erhält, die einen vorgebbaren Abstand nicht überschreiten. Die unvermeidliche Exemplarstreuung der beiden Teilerketten wird hierdurch beseitigt, wobei als Nebeneffekt erreicht wird, daß die zulässige Exemplarstreuung an diesem Filter eingestellt werden kann.
    [0024] Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu, eine davon Ist in der anhängenden Zeichnung dargestellt.
    [0025] Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    [0026] Es zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild des Antriebs einer Quartzuhr und
    [0027] Fig. 2 den Stromlaufplan für eine Quartz-Analog-Weckuhr.
    [0028] Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
    [0029] Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild des Antriebs einer Quartzuhr zeigt einen die Frequenz von 4,19 MHz erzeugenden Oszillator 1, dem die Frequenzteilerstufen 7 und 6 nachgeschaltet sind, von denen die Frequenzteilerstufe 6 einen Zeittakt von einem Hz erzeugt. Dieser Zeittakt wird unter Zwischenschaltung eines Impulsformers 49 als Sollfrequenz auf den Eingang einer bistabilen Kippstufe 50 geführt.
    [0030] Die Istfrequenz wird von der Steuerwicklung des nicht näher dargestellten Synchronmotors SM erzeugt, der zum Beispiel mit 8 Umdrehungen pro Minute umläuft und das Zeigergetriebe antreibt, und über einen Motorteiler 91 auf einen zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe 50 geführt, wobei der Motorteilerstufe 91 weitere Impulsformer 90 und 53 vor- bzw. nachgescha l tet sind. Der Regler besteht aus einem mehrstufigen Frequenzteiler 59, dessen Eingangsfrequenz von zum Beispiel 512 Hz aus dem einen Oszillatorteiler 7 entnommen ist.
    [0031] Der Ausgang des Frequenzteilers 59 ist über ein Gate 58 und einen Verstärker 88 auf die Antriebswicklung des Synchronmotors SM geschaltet, so daß die Motorendrehzahl direkt von den Ausgangsimpulsen des Frequenzteilers 59 abhängig ist. Die zeithaltende bistabile Kippstufe 50 schaltet nun nachdem der SollImpuls (ein Hz) von den Frequenzteilern 6, 7 gekommen ist, das Gate 58 zwischen dem Frequenzteiler 59 und dem Verstärker 88 auf, wobei der Frequenzteiler 59 bewirkt, daß der Synchronmotor SM auf die maximale eingestellte Drehzahl beschleunigt wird. Liegt nun am zweiten Eingang der bistabilen Kippstufe 50 der Steuerimpuls vom Motorteiler 91 an, d.h., die erforderliche Drehzahlfrequenz von zum Beispiel 16 Hz ist erreicht, dann wird das Gate 58 zwischen Frequenzteiler 59 und Ausgangsverstärker 88 gesperrt. Dem Synchronmotor SM wird demzufolge kein Strom zugeführt und die Drehzahl des Motors fällt ausreichend ab, bis der nächste Soll-Impuls die zeithaltende bistabile Kippstufe 50 umschaltet.
    [0032] Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung einer Quartz-Analog-Weckuhr weist einen Zeit-Referenz-Kreis auf, der im wesentlichen aus einem Schwingkreis und einem frequenzbestimmenden Quartz 1 besteht. Der Schwingkreis enthält einen Inverter 2, der als Verstärker mit unendlich hoher Verstärkung ausgelegt ist, sowie einen Rückkopplungswiderstand 3. An die Anschlüsse des Schwingquartzes 1 einerseits und an Masse andererseits sind zwei Kondensatoren 4, 5 angeschlossen, und zwar ein Trimmkondensator 4 , mit dem vom Hersteller oder Uhrmacher die exakte Schwingfrequenz eingestellt werden kann, sowie ein Lastkondensator 5, der etwa die gleiche Kapazität hat wie der Trimmkondensator 4 in seiner Mittelstellung. Der Zeit-Referenz-Kreis liefert eine Frequenz von 4.194.304 Hz, die in den nachgeschalteten Frequenzteilerketten 6, 7 heruntergeteilt wird.
    [0033] In der ersten Frequenzteilerkette 6 sind 22 Flip-Flops 8 - 29 hintereinander geschaltet, so daß das am Eingang der Frequenzteilerkette 6 anstehende 4,19 MHz-Signal bis auf eine Sekunde heruntergeteilt wird.
    [0034] Die zweite Frequenzteilerkette 7 weist dagegen nur 13 Flip-Flops 30 - 42 auf, d.h., das 4,19 MHz-Signal wird nur auf 512 Hz heruntergeteilt. Vom Ausgang dieser zweiten Frequenzteilerkette 7 führt eine Verbindung auf den einen Eingang eines NAND-Gatters 43, an dessen zweitem Eingang ein 1 Hz-Signal ansteht Der Ausgang dieses NAND-Gatters 43 ist mit dem Eingang eines Inverters 44 verbunden, der seinerseits mit seinem Ausgang an der Basis eines Transistors 45 liegt. Der Emitter dieses Transistors, ist an Spannungs-Potential VSS gelegt, an dem auch die Anode einer Diode 46 liegt, die mit ihrer Kathode an den Kollektor des Transistors 45 und an einen elektro-akustischen Wandler 47 angeschlossen ist. Die Kathode der Diode 46 bzw. der Kollektor des Transistor 45 liegen an einer Induktivität 48, die mit ihrem anderen Ende an VDDPotential angeschlossen ist. An diesem VDD-Potential liegt auch der zweite Anschluß des elektro-akustischen Wandlers 47, der beispielsweise ein piezoelektrischer Wandler ist.
    [0035] Der Transistor 45, die Diode 46, der elektro-akustische Wandler 47 und die Induktivität 48 bilden zusammen einen Summer, mit dem ein akustisches Wecksignal abgegeben werden kann. Dieses Wecksignal besteht aus einem 512 Hz-Ton, der im Sekundentakt ertönt. Im einzelnen wird das Signal dadurch erzeugt, daß die von der Frequenzteilerkette 7 kommenden 512 Hz-Impulse am NAND-Gatter 43 im 1 Hz-Rhytmus getaktet werden und in dieser getakteten Form auf die Basis des Transistors 45 gelangen. Dieser Transistor 45 wirkt als Torschaltung und beaufschlagt somit impulsweise den elektro-akustischen Wandler 47 mit einem elektrischen Signal.
    [0036] Da dieser Wandler 47 mit einer relativ hohen Spannung betrieben wird (ca. 40 Volt), ist die Induktivität 48 vorgesehen, die auf Grund des Ein- und Ausschaltens des Transistors 45 Spannungsspitzen von der gewünschten Größe erzeugt. Um den Transistor 45 durch die relativ hohen Spannungsspitzen nicht zu beschädigen, ist die Diode 46 vorgesehen, welche die negativen Spannungsspitzen von dem Transistor 45 fernhält. Im folgenden wird nun die Steuerung bzw. die Regelung der Uhr beschrieben. Hierbei wird davon ausgegangen, daß eine Arbeitsspule einer elektrischen Analog-Uhr entsprechend ihrer Zei tabweichung relativ zu einem Quartz-Zeitnormal mit einem oder mehreren Korrekturimpulsen beaufschlagt wird. Um diese Korrekturimpulse zu definieren, wird die Differenz zwischen dem Soll- und dem Istwert gebildet. Der Sollwert wird dabei von dem Quartz-Zei tnormal abgeleitet, während der Istwert vom Uhren-Antriebsmotor kommt.
    [0037] Wie bereits oben erwähnt,, steht am Ausgang des Flip-Flops 29 der Frequenzteilerkette 6 ein 1 Hz-Signal an, welches - da es vom Quartz-Normal abgeleitet ist - den genauen Sekundentakt darstellt. Dieser Sekundentakt oder Sekunden-Sollwert wird über einen Impulsformer 49 auf ein RS-Flip-Flop 50 gegeben, das an seinem Ausgang pulsmodulierte Signale abgibt. Auf den einen Eingang des im Impulsformer 49 enthaltenen D-Flip-Flops 51 werden die von dem Frequenzteiler-Flip-Flop 29 kommenden Sekundenimpulse abgegeben, während auf den anderen Eingang dieses Flip-Flops 51 eine 4096 Hz- lmpulsreihe gelangt, die von der Teilerkette 6 abgezweigt wird.
    [0038] Das NICHT-ODER-Gatter 52 erhält sowohl die Sekundenimpulse als auch die vom Q-Ausgang des Flip-Flops gelieferten Impulse. Am Ausgang des NICHT-ODERGatters 52 erscheinen dann x-lmpulse mit einem Impulsabstand von 1 Sekunde und einer Impulsbreite von 4096 Hz ≙ 2,441 · 10-4 Sekunden. Diese Impulse repräsentieren die Soll-Frequenz der Uhr.
    [0039] Auf ähnliche Weise, wie die Soll-Frequenz aufbereitet wurde, wird nun auch die Ist-Frequenz aufbereitet. Hierfür ist ein gesonderter Impulsformer 53 vorgesehen, der aus einem D-Flip-Flop 54 und einem NICHT-ODER-Gatter 55 besteht. Diesem Impulsformer 53 wird das 1 Hz- Ist-Signal des Uhrenmotors ein 2048 Hz-Signal aus der Frequenzteilerkette 6 zugeführt.
    [0040] Somit steht am Ausgang des NICHT-ODER-Gatters 55 eine 1 Sekunden-Ist-Impulsreihe mit einer Impulsbreite von
    [0041]
    [0042] Das RS-Fl i p-Fl op 50, wel ches aus den bei den kreuzgekoppel ten N I CHT-ODERGattern 56 , 57 besteht , erhäl t somi t aus dem N I CHT-ODER-Gatter 52 Sol l - I mpul se , während es aus dem N I CHT-ODER-Gatter 55 I st- Impu l se erhäl t . D i e Abstände der Impulse sind in beiden Fällen 1 Sekunde, wobei die Impulsbreiten der jeweiligen Impulsreihen um den Faktor 2 verschieden sind, damit der Istwert dominant bleibt.
    [0043] Am Ausgang Q des RS-Flip-Flops 50 steht dann ein L-Signal an, wenn am Eingang R ein L-Signal und am Eingang S ein O-Signal ansteht. Tritt dagegen die Kombination S = L/R = 0 auf, so ist Q, = 0. Bei S = L/R = L ergibt sich an sich ein irregulärer Abstand. Da jedoch die Impulsbreiten der Soll- und IstImpulse verschieden sind, tritt der irreguläre Zustand nicht auf. Die am Ausgang des RS-Flip-Flops 50 erscheinenden Impulse haben somit eine Impulsbreite, die der zeitlichen Abweichung zwischen einem Soll-Sekunden-Impuls und einem Ist-Sekunden-Impuls entspricht. Die Zeitabweichung erscheint auf diese Weise in pulsbreitenmodulierter Form.
    [0044] Die pulsbreitenmodul ierte Zeitabweichung korrigiert nun die Amplituden der Sinussignale, mit der die Antriebsspule der Uhr beaufschlagt wird. Diese Beaufschlagung erfolgt jedoch nicht ohne vorherige Modifikation durch ein
    [0045] NICHT-UND-Gatter 58, das an seinem zweiten Eingang mit Signalen aus einer Frequenztei lerkette 59 versorgt wird, die aus sechs Flip-Flops 60 - 65 besteht.
    [0046] Diese Frequenzteilerkette 59 ist mit ihrem Eingang an den 512 Hz-Takt angeschlossen, der ihr über ein ODER-Gatter 66 entweder aus der Frequenzteilerkette 6 oder aus der Frequenzteilerkette 7 geliefert wird. Der Ausgang der Frequenzteilerkette 59 liegt - wie bereits erwähnt - an dem NICHT-UND-Gatter 58. Mit Hilfe der sechs Flip-Flops 60 - 65 kann die Frequenzteilerkette 59 die Frequenz von 512 Hz auf 8 Hz herunterteilen. Eine Besonderheit der Frequenzteilerkette 59 besteht nun darin, daß sie über eine Leitung 67 gesetzt werden kann, so daß sie eine Binärzahl darstellt. Da die Flip-Flops.60 - 65 die Setzeingänge R, S, R, S, R, R haben, bedeutet dies, daß die Binärzahl LOLO mit den Flip-Flops 63, 62, 61, 60 darstellbar ist, die der Dezimalzahl 10 entspricht. Um diese Zahl zu setzen, genügt ein Impuls auf der Leitung 67. Durch nachfolgendes Takten der Frequenzteilerkette 59 aus den Teilerketten
    [0047] 6, 7 kann die eingestellte Binärzahl heruntergezählt werden. Welche Funktion die Frequenzteilerkette hierdurch ausübt, wird weiter unten noch näher erläutert. Zuvor soll jedoch noch beschrieben werden, wie die Ist-Impulse im einzelnen abgeleitet werden. Ausgangseiement für die Aufnahme der Ist-Zeit ist die Steuerwicklung 68 des Uhrwerks, die von einem kontinuierlich rotierenden Motor so beaufschlagt wird, daß in ihr eine Spannung entsteht, welche ein Maß für die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors ist. Diese in der Steuerwicklung 68 induzierte Spannung wird sodann weiterverarbeitet und aufbereitet.
    [0048] Parallel zur Steuerwicklung 68 ist ein Kondensator 69 vorgesehen, dessen Aufgabe darin besteht, eventuelle Störspannungsspitzen kurzzuschließen.
    [0049] In Reihe zu der aus der Steuerwicklung 68 und dem Kondensator 69 bestehenden Parallelschaltung ist eine Mittenanzapfung eines die Widerstände 70, 71 aufweisenden Spannungsteilers angeschlossen, wobei dieser seinerseits an einer
    [0050] Batterie 72 liegt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das an der Steuerwicklung 68 auftretende Wechsel spannungspotential um einen Gleichstromanteil angehoben wird, so daß der Inverter 73, der zugleich ein Eingangsschwellenwertschalter ist, In den richtigen Zeitpunkten des Wechselspannungs-Ist-Signals durchschaltet und somit ein dem Wechselspannungs-Ist-Signal exakt zugeordnetes Rechteck-Signal erzeugt.
    [0051] Von dem Ausgang des Inverters 73 führt eine Verbindung auf die R-Eingänge zweier Flip-Flops 74, 75 sowie auf den Eingang eines Inverters 76, dessen Ausgang mit dem D-Eingang des Flip-Flops 74 verbunden ist. Die C-Eingänge der Flip-Flops 74, 75 sind über einen weiteren Inverter 77 mit dem Ausgang des Flip-Flops 21 der Teilerkette 6 verbunden. Mit der Gesamtheit der Elemente 74, 75, 76, 77 wird das digitale Filter 92 aufgebaut, welches die Frequenzen oberhalb der Frequenz 256 Hz ausfiltert. Die Filterfrequenz könnte statt 256 Hz auch eine andere Frequenz sein, wichtig ist nur, daß die normalerweise an der Steuerwicklung 68 anstehende 16 Hz-Frequenz durchgelassen wird.
    [0052] Nachdem das digitalisierte und digital gefilterte Ist-Signal das Digitalfilter 92 durchlaufen hat, gelangt es auf einen Impulsformer 90, der aus dem relativ breiten 16 Hz-Signal eine Quasi-Nadelimpulsfolge herstellt. Dieser Nadelimpulsformer 90 besteht aus zwei Flip-Flops 78, 79 einem NICHT-ODERGatter 80 und einem Inverter 81, wobei der Inverter 81 aus der Frequenzteilerkette 6 mit einem 2048 Hz-Signal gespeist wird.
    [0053] Am Ausgang des NICHT-ODER-Gatters 80 stehen somit 16 Hz-Impulse an, die eine
    [0054] Basisbreite von = 4,882 · 10-4 Sekunden aufweisen. Diese 16 Hz
    Nadel-Impulse steuern nun einen weiteren Inverter 82 und eine Zählerkette 91 mit vier Flip-Flops 83, 84, 85, 86 an, welche am Ausgang ein 1 Hz-Ist-Signal liefert. Dieses Ist-Signal wird, wie bereits erwähnt, auf den Impulsformer 53 sowie auf das NICHT-UND-Gatter 43 gegeben. Das NICHT-UND-Gatter 43 kann allerdings auch ebensogut ein 1 Hz-Signal aus dem Flip-Flop 29 erhalten.
    [0055] Es soll nun noch einmal das Ausgangssignal des Gatters 80 betrachtet werden, das der Teilerkette 59 über die Leitung 67 zugeführt wird. Dieses Signal ist so aufbereitet, daß es exakt im NulIdurchgang eines Sinussignals an der Steuerwicklung 68 einsetzt.
    [0056] Bei diesem Nulldurchgang werden somit die Flip-Flops 60 - 65 auf eine Dualzahl gesetzt, z.B. eine Dualzahl, die der Dezimalzahl 10 entspricht. Nun wird der Eingang der Kette 59 mit 512 Hz-Impulsen beaufschlagt, bis die Kette den Dezimal-Zählerstand 32 hat, d.h., bis am Ausgang der Kette 59 ein H-Signal ansteht. Hierdurch wird erreicht, daß die Kette 59 gewissermaßen als Zeitglied wirkt, die den Zeitpunkt bestimmt, zu dem das dem Antriebsmotor zugeführte elektrische Signal mit einem Korrektur impuls beaufschlagt wird. Das Korrektursignal wird also, nachdem der Startpunkt durch das vom Gatter 80 kommende Signal klar definiert wurde, nach einer exakt vorbestimmten Zeit am Gatter 58 freigegeben.
    [0057] Somit werden den Wechselstromförmigen Antriebsimpulsen der Arbeitswicklung 87 über einen Feldeffekttransistor 88 und einen Widerstand 89 Korrektursignale zugeführt. Diese Korrektursignale erhöhen die Amplitude des elektrischen Antriebssignals, das an der Arbeitswicklung 87 ansteht, um einen Betrag, welcher der Frequenzabweichung der Uhr entspricht. Die Erhöhung der Amplitude kann dabei von Halbwelle zu Halbwelle des an der Arbeitswicklung 87 anstehenden wechselstromförmigen Signals variieren, wobei die Variation von der ermittelten Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert abhängt.
    [0058] Der Widerstand 89 hat lediglich die Aufgabe, die der Arbeitswicklung 87 zugeführten Korrekturimpulse abzuschwächen, und zwar in Abhängigkeit von der benötigten Antriebsenergie. Werden mit dem Uhrenmotor beispielsweise relativ schwere Uhrzeiger bewegt, so kann der Widerstand 76 sehr klein gewählt werden, damit die Arbeitswicklung 87 mit viel Energie beaufschlagt wird.
    [0059] Die Funktion des eingangs erwähnten erfindungsgemäßen digitalen Filters mit nachfolgendem Impulsformer sei nachstehend nochmals gesondert beschrieben:
    [0060] Der Tiefpaß besteht aus den beiden D-Flip-Flops 74, 75 und den beiden Invertern 73, 76. Am Eingang liegt eine sinusförmige Steuerspannung des Motors von ca. 16 Hz an. Der Inverter 73 digitalisiert diese Steuerspannung in eine Rechteckspannung. Ist der Eingang H, wird der Ausgang des zweiten Inverters 76 ebenfalls H. Schaltet das Vergleichssignal am Clock-Eingang des D-Flip-Flops 74 nach H wird der Ausgang Q/74 auch H. Am Clock-Eingang des D-Flip-Flops 75 liegt L an bis entsprechend den 256 Hz ½ T = 1,95 msec C/75 H wird. Wird C/75 H und D/75 ist noch H, wird der Ausgang des Filters 0/75 H. Das Eingangssignal ist somit weitergeschaltet, da es < 256 Hz ist.
    [0061] Nimmt man an, daß ein Störimpuls am Eingang anliegt, also der Impuls eine Impulsbreite kleiner als 1,98 msec hat, wird D/74 H.
    [0062] Die Vergleichsfrequenz,z.B. 256 Hz, schaltet mit seiner positiven Flanke an C/74 Q von 74 nach H. 75 schaltet aber noch nicht weiter, da der Inverter 77 an C/75 L anl iegt.
    [0063] Steht der Störimpuls kürzer als 1,95 msec am Eingang, wird der Ausgang von
    [0064] 73 H.
    [0065] 74 und 75 werden zurückgesetzt bevor das Signal an D/75 von C/75 weitergeschaltet werden kann.
    [0066] Die nachgeschaltete Impulsformerstufe sorgt nun dafür, daß bei einer Veränderung am Eingang von H nach L am Ausgang der Impulsformerstufe ein Nadelimpuls erzeugt wird, welcher unabhängig von der Impulsbreite des Eingangssignals ist und z.B. eine Impulsbreite von ca. 0,25 msec hat. Die zur Impulsformung notwendige Vergleichsfrequenz wird dabei aus dem Frequenzteiler der zeithaltenden Teilerkette entnommen.
    [0067] Gewerbliche Verwertbarkeit
    [0068] Die Erfindung läßt sich bei zeithaltenden Geräten, insbesondere quartzgesteuerten Uhren mit höchster Frequenzkonstanz anwenden.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Zeithaltendes Geräte insbesondere quartzgesteuerte Uhr, das einen
    Oszillatlr mit elektronischen Frequenzteilern, sowie einen elektronisch gesteuerten Motor mit einer Arbeitswicklung zum Antrieb eines AnzeigeSystems und einer Steuerwicklung enthält, wobei eine bistabile Kippstufe vorgesehen ist, deren einer Eingang von den Impulsen der geteilten Quartzfrequenz und deren anderer Eingang vom Motor abgeleiteten Impulsen, die nahezu die gleiche Folgefrequenz wie die Impulse der geteilten Quartzfrequenz haben, angesteuert wird und deren Ausgang ein Schaltglied zur Umschaltung der Drehzahl des Anzeigesystems steuert, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Drehzahl oberhalb der Nenndrehzahl steuerbar einstellbar ist, wozu die zeithaltende bistabile Kippstufe (50) nach Eingang des SollImpulses vom Zeitnormal (6, 7) ein zwischen dem Frequenzteiler (59) und einem Ausgangsverstärker (88) angeordnetes Glied (53) ansteuert und den Motor (SM) auf die maximal eingestellte Drehzahl beschleunigt.
    2. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitales Filter (92) mit nachfolgendem Impulsformer (90) zur Erzeugung eines schmalen Triggerimpulses beim Umschalten von H nach L am Steuereingang des Motors (SM) vorgesehen ist, welches Störimpulse mit beispielsweise einer Impulsbreite von kleiner als 1,95 msec nicht weiterschaltet, und die Vergleichs- bzw. Triggerfrequenz aus der Teilerkette (6) des Frequenznormals entnimmt.
    3. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filter (92) aus zwei D-Flip-Flops (74, 75) und zwei Invertern (73, 76) besteht, wobei der eine .Inverter (73) die anliegende Steuerspannung des Motors (z. B. 16 Hz) in eine Rechteckspannung digitalisiert.
    4. Zeithaltendes Gerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem digitalen Filter (92) ein monostabiler Multivibrator (90) als Impulsformer nachgeschaltet ist.
    5. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektro-akustischer Wandler (45, 46, 47, 48), der ein akustisches Signal kontinuierlich oder diskontinuierlich abgeben kann und eine zweite Frequenzteilerkette (7) vorgesehen sind, welche mit denselben quartzgenauen Frequenzen beaufschlagt wird wie die erste Frequenzteilerkette (6) und die mit dem elektro-akustischen Wandler (45, 46, 47, 48) verbunden ist und ein ODER-Gatter (66), das sowohl mit einem ersten Teil (8 - 20) der ersten Frequenzteilerkette (6) als auch mit dem Ausgang der zweiten Frequenztei lerkette (7) verbunden ist, wobei der Ausgang dieses ODER-Gatters (66) mit dem Eingang des zweiten Teils (21 - 29) der ersten Frequenzteilerkette (6) verbunden ist.
    6. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der zweiten Frequenzteilerkette (7) auf den ersten Eingang eines UND-Gatters (43, 44) geführt ist, dessen zweiter Eingang an einem Impulsgeber (86, 29) liegt, welcher eine Impulsfrequenz hat, die von der Ausgangsfrequenz der Frequenzteilerkette (7) verschieden ist, und daß das UND-Gatter (43, 44) einen elektronischen Schalter ansteuert, der einen elektro-akusti sehen Wandler an eine elektrische Energiequelle legt oder von dieser abschaltet.
    7. Zeithaltendes Gerät nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro-akusti sehe Wandler einen Piezo-Schwinger (47) aufweist, dem eine Spule parallelgeschaltet ist, und daß in Reihe hierzu eine Parallelschaltung von Diode (46) und Schaltertransistor (45) vorgesehen ist.
    8. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors (45) und die Anode der Diode (46) an negativem Potential liegen und die Kathode der Diode (46) bzw. der Kollektor des Transistors (45) mit dem Piezo-Schwinger (47) und der Spule (48) verbunden sind.
    9. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ODER-Gatters (66) mit einer Zählerkette (59) verbunden ist, die über eine Setzleitung (67) auf eine Binärzahl eingestellt werden kann.
    10. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem ODERGatter (66) ein einstelIbares Filter nachgescha l tet ist. das bei nacheinander an seinem Eingang auftretenden Impulsen stets dann nur einen puls an seinem Ausgang abgibt, wenn der Abstand von zwei nacheinander an seinem Eingang auftretenden Impulsen einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
    11. Zeithaltendes Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines ODER-Gatters (66) ein UND-Gatter vorgesehen ist.
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1980-05-29| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    1980-05-29| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): CH FR GB |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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