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Dokumentenidentifikation DE4307854C1 21.04.1994
Titel Batterielose Schaltuhr mit Gangreserve
Anmelder Legrand GmbH, 59494 Soest, DE
Erfinder Thomas, Dieter, 4777 Welver, DE
Vertreter Hanewinkel, L., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 33102 Paderborn
DE-Anmeldedatum 12.03.1993
DE-Aktenzeichen 4307854
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.04.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.04.1994
IPC-Hauptklasse G04C 23/00
Zusammenfassung Schaltuhr mit einem eingangsseitigen Netzgleichrichter (NG), der einen Speicherkondensator (CS) speist, der mit einer Versorgungsspannung (UV) einen Uhrschaltungsprozessor (CLS) mit einem quarzgesteuerten Uhrzeitzähler (CZ) sowie einen von letzterer periodisch mit Uhrschrittimpulsen (UI) gesteuerten elektromechanischen Uhrantrieb (LU) speist, so daß uhrstellungsabhängig mittelbar oder unmittelbar ein Ausgangskontakt (AK) geöffnet oder geschlossen ist, wobei der Uhrschaltungsprozessor (CLS) programmgesteuert jeweils vor der periodischen Abgabe eines der Uhrschrittimpulse (UI) die Versorgungsspannung (UV) auf ein Überschreiten einer vorgegebenen Mindestspannung prüft und nur dann, wenn diese überschritten ist, den Uhrschrittimpuls (UI) ausgibt, und daß jeweils andernfalls ein Zähler (Z), dessen Inhalt die Anzahl der jeweils auszugebenden, jedoch noch nicht ausgegebenen, periodischen Uhrschrittimpulse (UI) angibt, um 1 heraufgezählt ist, und daß dann, wenn ein Uhrschrittimpuls (UI) ausgegeben worden ist, der Zählerinhalt darauf überprüft wird, ob alle auszugebenden Uhrschrittimpulse (UI) ausgegeben worden sind, und falls dies nicht so ist, der Zähler (Z) um 1 herabgezählt ist und das Programm mit einer Abfrage des Uhrzeitzählers (CZ), ob ein weiterer Uhrschrittimpulse (UI) auszugeben ist, fortsetzt. Somit benötigt die Schaltuhr keine Batterie und keinen Akkumulator.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Uhr mit einer elektronischen Steuerschaltung mit einem speiseseitigen Gleichrichter, der einen Speicherkondensator speist, der mit einer Versorgungsspannung einen Uhrschaltungsprozessor, mit einem quarzgesteuerten Uhrzeitzähler, der periodische Zeitsignale abgibt, sowie einen elektromechanischen Uhrantrieb speist, in dem der Uhrschaltungsprozessor abhängig von den Zeitsignalen jeweils dann Uhrschrittimpulse an den Uhrantrieb abgibt, wenn die Versorgungsspannung eine vorgegebene Mindestspannung übertrifft, und der Uhrschaltungsprozessor andernfalls jeweils noch nicht als Uhrschrittimpulse ausgegebene Zeitsignale in einen Vor-Rückwärtszähler aufzählt und dann, wenn die Versorgungsspannung die Mindestspannung übertrifft und wenn der Vor-Rückwärtszähler nicht den Inhalt Null hat, eine entsprechende Anzahl von Uhrschrittimpulsen in einer wesentlich schnelleren Zeitfolge, als die die Zeitsignale haben ausgibt und den Vor-Rückwärtszähler pro ausgegebenem Uhrschrittimpuls um 1 herabzählt.

Eine derartig Uhr ist aus der US 4,702,613 bekannt. Diese weist eine Solarzellenspeisung auf und motorgetriebene Zeiger. Damit bei geringem oder fehlendem Lichteinfall das Uhrwerk die genaue Zeit behält, wird der Sekundenzeigermotor dann nicht bestromt und erst dann mit einer schnellen Impulsfolge wieder zeitrichtig nachgestellt, wenn bei genügender Beleuchtung der Solarzellen eine ausreichend Energiereserve vorhanden ist. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß nicht alle motorischen Verbraucher bei geringer Energiereserve abgeschaltet werden. Auch ist die Schaltung relativ aufwendig, da eine schwellengesteuerte Umschaltung zwischen einem schnellen und einem langsamen Impulsgeber erfolgt. Bei der Umschaltung können Sekundenfehler auftreten.

Weiterhin ist aus der EP 0 081 086 A1 eine Schaltuhr bekannt, bei der ein netzsychronlaufender Elektromotor, beispielsweise ein Schrittmotor, eine Kontaktanordnung zeitabhängig betätigt, wobei die Stellung von gesetzten Segmenten, Schaltreitern oder Schaltelementen, die beispielsweise sektormäßig auf dem Umfang einer Uhrskala angeordnet sind, abgefragt wird und der Abfühlhebel der Segmentstellung als Schaltmittel für einen Ausgangskontakt dient, der eine externe Last schaltet. Bei derartigen Schaltuhren ist es üblich, daß bei Netzausfall die motorische Betätigung stillsteht und somit bei Wiedereinschalten des Netzes ein Zeitversatz der Schaltvorgänge auftritt.

Weiterhin sind aus der DE 39 10 039 A1 Schaltuhren bekannt, welche Batterien aufweisen, die durch den Netzstrom laufend geladen werden und somit eine ausreichende Gangreserve schaffen für den elektrischen Antrieb des Schrittmotors, so daß die Uhr auch während eines Netzausfalles weiterläuft und die Ausgangsschaltung, d. h. der Ausgangskontakt weiterhin uhrzeitgemäß geöffnet oder geschlossen ist. Es ist unerwünscht, daß solche Batterien in derartigen Schaltuhren angeordnet sind, weil diese im Falle der Entsorgung dieser Schaltuhren zu einer Umweltbelastung führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Uhr als netzgespeiste Schaltuhr bei geringerem Aufwand zeitfehlerfrei umschaltend auszubilden.

Die Lösung besteht darin, daß alle Zeitsignale des Uhrzeitzählers jeweils den Vor-Rückwärtszähler um 1 heraufzählen, daß die Uhr netzgespeist ist und der Uhrschaltungsprozessor mit der Versorgungsspannung zusätzlich über einen hochsperrenden Gleichrichter verbunden ist, der einen Pufferkondensator parallel zum Uhrschaltungsprozessor speist, und daß die Uhr eine Schaltuhr mit einer Abfragevorrichtung einer einstellbaren Schaltsegmentanordnung ist, deren Abfragesignal dem Uhrschaltungsprozessor eingangsseitig zugeführt ist, der immer dann ein Schaltrelais, das einen Schaltuhrausgabekontakt schaltet, ansteuert, wenn das Abfragesignal ein eingeschaltetes Schaltsegment signalisiert und die Versorgungsspannung die Mindestspannung übertrifft und außerdem der Vor-Rückwärtszähler den Inhalt Null hat.

Der Uhrschaltkreis benötigt außerordentlich wenig Strom, so daß ein üblicher Speicherkondensator für eine lange Betriebszeit ausreicht, da große Stromverbraucher, wie der Schrittmotor oder ein Schaltrelais, nicht an dem Kondensator angeschlossen sind, sondern automatisch stillgesetzt sind.

Bei dem Schrittmotor handelt es sich beispielsweise um einen Motor, welcher mit einer Induktionsspule arbeitet, die im Impulspausenbetrieb betätigt ist und über ein Getriebe ggf. ein Zeigerwerk und das Kontaktwerk betätigt. Alternativ kann auch ein Schrittmotor vorgesehen sein, welcher mit zwei Spulen mit zwei phasenversetzten Impulsen zu betreiben ist. Dies liegt im fachmännischen Können. Da ein Schrittmotor nur jeweils kurze Impulse von beispielsweise 10 oder 20 msec benötigt, kann die Uhrzeit sehr viel schneller als im Normalbetrieb geschaltet werden. Im Normalbetrieb sind beispielsweise Schaltimpulse für den Uhrmotor mit einer Sekunde Abstand vorgesehen. Dies erbringt eine ausreichende Genauigkeit der Schaltzeitabfrage der Schaltsteuerkontakte, sowie einen annehmbar gleichmäßigen Uhrlauf.

Das Eingabekontaktfeld kann unmittelbar der Steuerung des externen Verbrauchers dienen oder direkt ein Relais oder über den Uhrschaltungsprozessor das Relais mit dem Ausgabekontakt betätigen.

Das Ablaufprogramm im Uhrschaltungsprozessor sorgt jeweils dafür, daß dann, wenn Netzausfall vorliegt und demgemäß die Spannung zur Versorgung des Uhrenantriebes nicht mehr ausreicht, und der Speicherkondensator nur noch für den Prozessor genügend Spannung liefert, der Schaltmotor nicht mehr angesteuert wird und das Ausgaberelais ausgeschaltet wird. Die Anzahl der während des Netzausfalls anstehenden Uhrschaltzeitpunkte, zum Beispiel Sekundenzeitpunkte, die zur Steuerung für die Betätigungsimpulse des Schrittmotors der Uhr notwendig wären, werden ersatzweise in einem Zähler gespeichert, so daß nachdem die Netzspannung wieder ausreichend ist und wenn dies durch den Uhrschaltungsprozessor im Programmablauf festgestellt wird, die Schaltung wieder erneut Uhrschaltimpulse und zwar in schneller Folge, in entsprechender Anzahl abgibt und das Uhrwerk rasch auf die aktuelle Zeit bringt. Ist die aktuelle Zeit wieder gegeben, so wird auch das Schaltrelais in den Zustand gebracht, der der jeweiligen Stellung der Schaltsegmente entspricht. Auf diese Weise werden bei dem schnellen Durchlauf der nachgeholten Schaltzustände nicht laufend Ausgabekontaktumschaltungen vorgenommen, falls ein derartiges Eingabekontaktprogramm vorliegen würde, wodurch der Ausgabekontakt und u. U. auch der Verbraucher geschont wird.

Dem Uhrschaltungsprozessor ist ein eigener Puffer zugeteilt, der von der Versorgung des Schrittmotores und des Ausgaberelais unabhängig seine Energiereserve hält und der gegen deren Versorgung über einen hochsperrenden Gleichrichter, beispielsweise einen MOS-FET-Transistor abgesperrt ist.

Das Ausgaberelais kann ein normales Dauerstromrelais sein oder auch als ein Impulsschaltrelais ausgebildet sein, welches mit einem ersten Impuls eingeschaltet und einem weiteren Impuls jeweils ausgeschaltet wird. Dessen Ansteuerung wird nach fachmännischen Regeln vorgenommen.

Die Erfindung ist anhand von den Fig. 1 und 2 beispielhaft dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung einer Schaltuhr mit Gangreserve;

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer derartigen Schaltuhr.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild bei dem eine Schaltuhr über einen Netzgleichrichter (NG) von der Netzspannung (UN) gespeist wird. Der Netzgleichrichter (NG) liefert eine Niederspannungs-Versorgungsspannung (UV) welche in einem Speicherkondensator (CS) zwischengespeichert und gepuffert wird. Diese Versorgungsspannung (UV) speist über eine Direktleitung (D) einen Uhrschaltungsprozessor (CLS), der ein quarzgesteuertes Uhrwerk enthält. Abhängig von dem Quarz (Q) wird ein elektronischer Zeitzähler (CZ) betrieben, dessen höchste Stelle als Ausgangswert jeweils für die Impulserzeugung vorgesehen ist, die der Steuerung des Schrittmotores (LU) des Uhrwerkes dient.

Weiterhin speist die Versorgungsspannung (UV) den Schrittmotor (LU) des Uhrwerks sowie das Schaltrelais (SR), dessen Ausgabekontakt (AK) den externen Verbraucher steuert. Alternativ zu dem Direktanschluß (D) des Uhrwerkschaltkreises ist eine Speisung des Schaltkreises über einen gesonderten Gleichrichter (G) vorgesehen, wobei dem Uhrwerkschaltkreis ein eigener weiterer Pufferkondensator (D1) parallelgeschaltet ist. Der Gleichrichter, der den Uhrschaltkreis und den zusätzlichen Pufferkondensator (C1) versorgt, ist beispielsweise ein hochsperrender MOS-FET-Transistor; andere Entkopplungen, z. B. über eine Diode, sind ebenfalls möglich.

Der Uhrschaltungsprozessor (CLS) ist eingangsseitig mit einer Schaltsegmentanordnung (EK) versehen, welche beispielsweise aus ringförmig angeordneten Schaltsegmenten, -reitern oder -elementen besteht, die jeweils einem bestimmten Uhrzeitabschnitt zugeordnet sind. Diese Schaltsegmente werden durch den Uhrwerksantrieb an einem Abfühlmechanismus vorbeibewegt. Dadurch werden an den Uhrwerkprozessor jeweils die einem gewählten Schaltprogramm entsprechende Stellung der Schaltsegmente gemeldet. Dieser jeweiligen Schaltsegmentstellung gemäß wird von dem Programm des Uhrschaltungsprozessors (CLS) ein interner Schaltstellungsmerker (MS) gesetzt, abhängig von dem die Stellung an das Schaltrelais (SR) gemeldet wird. Der Uhrschaltungsprozessor (CLS) enthält weiterhin einen Zähler (Z), der auf und ab zählbar ist und der Aufnahme der Anzahl der Schrittimpulse dient, welche bei Netzausfall angefallen sind jedoch noch nicht an den Uhrwerkmotor (LU) weitergeleitet werden konnten. Dem Programm dient außerdem ein weiterer Merker (MU), der die jeweils letzte Uhrzeitzählerstellung anzeigt, damit von dem Programm ein Wechsel der Uhrzeitzählerstellung feststellbar ist.

Für die Überprüfung der Versorgungsspannung des Uhrschaltungsprozessors (CLS) dient ein Eingangsanschluß (PE), der über einen Widerstandspannungsteiler (R1, R2) geschaltet ist, dessen eines Ende mit einem Abfrageausgang des Uhrschaltungsprozessors verbunden ist, so daß aus dem Speicherkondensator (C1) bzw. (CS) nur kurzzeitig dann Strom für die Abfrage entnommen wird, wenn ein Spannungstest programmäßig erfolgt.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Programmes, welches zur Steuerung der Gangreserve bei Netzausfall dient. In einem ersten Abfrageschritt wird der aktuelle Stand des Uhrzeitzähler (CZ) mit dem gemerkten Zustand des Uhrzeitzustandsmerkers (MU) verglichen. Falls beide übereinstimmen, kehrt das Programm zur Abfrage wieder zurück. Im Falle, daß der Zustand des Uhrzeitzählers (CZ) sich geändert hat, wird dieser neue Zustand des Uhrzeitzähler (CZ) in den Uhrzeitmerker (MU) übertragen. Weiterhin wird der Inhalt des Zählers (Z) um 1 erhöht, der die noch nicht ausgegebenen Uhrzeitimpulse angibt. Dann folgt in einem weiteren Abfrageschritt eine Überprüfung der Versorgungsspannung (UV), wobei die Spannung an der Eingangsklemme (PE) mit einem Schwellwert (SW) verglichen wird. Ist die Versorgungsspannung kleiner als vorgegeben, so erfolgt eine Abschaltung des Schaltrelais (SR), damit dieses keinen weiteren Strom verbraucht. Falls das Relais ein Impulsrelais ist, entfällt dieser Ausschaltvorgang. Danach kehrt das Programm zum Eingangspunkt wieder zurück.

Ist bei der Spannungsabfrage ausreichend Spannung vorhanden, so wird als erstes der Uhrmotor (LU) eingeschaltet, und eine entsprechende Einschaltzeit (TLUein) abgewartet, dann wird der Uhrschaltmotor (LU) ausgeschaltet und eine Mindestausschaltzeit (TLUaus, min) abgewartet. Anschließend wird der Zähler (Z) um 1 heruntergezählt, da nun die Impulsausgabe beendet ist. Falls in dem Zähler (Z) noch nicht nach außen weitergemeldete Zeitschritte gespeichert sind, erfolgt eine Rückkehr zum Ausgangspunkt des Programmes, so daß in der schnellstmöglichsten Folge weitere Abfragen und Ausgaben von Uhrschrittimpulsen erfolgen. Falls der Zählerinhalt des Zählers (Z) jedoch zeigt, daß alle Uhrschrittimpulse auch bereits zum Uhrschaltwerk ausgegeben worden sind, so wird der Zustand des jeweiligen Schaltsegmentes (EK) abgefragt, in den Schaltstellungsmerker (MS) übernommen und an das Relais (SR) ausgegeben. Danach kehrt das Programm an den Ausgangspunkt zurück. Falls während des Nachstellens des Uhrwerkes ein weiterer auszugebender Uhrzeitimpuls anfällt, so wird auch dieser in den Zähler (Z) gezählt.

Falls das Ausgaberelais (SR) ein Impulsrelais ist, das selbsthaltend arbeitet, so wird jeweils vor dessen Umschaltung ein Vergleich des Inhalts des jeweiligen Eingabekontaktzustandes mit dem Zustandsmerker (MS) vorgenommen, und wenn eine Änderung auftritt, wird ein Ausgabeimpuls gemäß dieser Änderungsrichtung ausgeben. Dabei wird jeweils die Dauer des Ausgabeimpulses durch das Programm bestimmt. Für die Schaltrichtung des Impulsausgaberelais sind dazu in bekannter Weise zwei verschiedene Ausgänge vorgesehen oder Ausgänge verschiedener Polarität an die gleiche Schaltspule geführt.

In dem Flußdiagramm bedeuten jeweils die Abzweige aus den Abfragetermen, die mit n bezeichnet sind, diejenigen bei denen die gestellte Abfragebedingung nicht erfüllt ist und die, die mit j bezeichnet sind, diejenigen Abzweige, bei denen die gestellte Bedingung erfüllt ist. Abwandlungen des Flußdiagrammes in bekannter Weise durch Veränderung der Reihenfolge bestimmter Statements oder eine Vertauschung der Fragebedingung liegen im Bereich des fachmännischen Könnens.


Anspruch[de]
  1. Uhr mit einer elektronischen Steuerschaltung mit einem speiseseitigen Gleichrichter (NG), der einen Speicherkondensator (CS) speist, der mit einer Versorgungsspannung (UV) einen Uhrschaltungsprozessor (CLS), mit einem quarzgesteuerten Uhrzeitzähler (CZ), der periodische Zeitsignale abgibt, sowie einen elektromechanischen Uhrantrieb (LU) speist, in dem der Uhrschaltungsprozessor (CLS) abhängig von den Zeitsignalen jeweils dann Uhrschrittimpulse (UI) an den Uhrantrieb (LU) abgibt, wenn die Versorgungsspannung (UV) eine vorgegebene Mindestspannung übertrifft, und der Uhrschaltungsprozessor (CLS) andernfalls jeweils noch nicht als Uhrschrittimpulse (UI) ausgegebene Zeitsignale in einen Vor-Rückwärtszähler (Z) aufzählt und dann, wenn die Versorgungsspannung (UV) die Mindestspannung übertrifft und wenn der Vor-Rückwärtszähler (Z) nicht den Inhalt Null hat, eine entsprechende Anzahl von Uhrschrittimpulsen (UI) in einer wesentlich schnelleren Zeitfolge, als die die Zeitsignale haben ausgibt und den Vor-Rückwärtszähler (Z) pro ausgegebenem Uhrschrittimpuls um 1 herabzählt, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zeitsignale des Uhrzeitzählers (CZ) jeweils den Vor-Rückwärtszähler (Z) um 1 heraufzuzählen, daß die Uhr netzgespeist ist und der Uhrschaltungsprozessor (CLS) mit der Versorgungsspannung (UV) zusätzlich über einen hochsperrenden Gleichrichter (G) verbunden ist, der einen Pufferkondensator (C1) parallel zum Uhrschaltungsprozessor (CLS) speist, und daß die Uhr eine Schaltuhr mit einer Abfragevorrichtung einer einstellbaren Schaltsegmentanordnung (EK) ist, deren Abfragesignal dem Uhrschaltungsprozessor (CLS) eingangsseitig zugeführt ist, der immer dann ein Schaltrelais (SR), das einen Schaltuhrausgabekontakt (AK) schaltet, ansteuert, wenn das Abfragesignal ein eingeschaltetes Schaltsegment signalisiert und die Versorgungsspannung (UV) die Mindestspannung übertrifft und außerdem der Vor-Rückwärtszähler (Z) den Inhalt Null hat.






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