[0001] Die Erfindung betrifft eine Detektionseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
[0002] Eine solche Detektionseinrichtung ist aus dem Beitrag von H. Effenberger "Mikroprozessorgesteuerte
Funkuhr mit Analoganzeige" in dem Buch "Funkuhren", herausgegeben von W. Hilberg (dort
Seite 105) bekannt. Dort ist vorgesehen, in das Zifferblatt der Uhr eine Reflexionslichtschranke
so einzubauen, daß sowohl der Stundenzeiger wie auch der Minutenzeiger beim Überstreichen
des Einbauortes zu einer Abschattung des optronischen Aufnehmersystemes und damit
zur Signalauslösung führen; womit detektiert ist, daß einer dieser Zeiger gerade in
diese konstruktiv vorgegebene Winkelstellung eingedreht hat. Nachteilig bei einer
derartigen Detektionseinrichtung ist jedoch, daß sowohl der Stundenzeiger wie auch
der Minutenzeiger unabhängig voneinander verdreht werden können müssen, also entweder
über getrennte Schrittmotoren oder über ein Umschaltgetriebe anzutreiben sind. Das
erhöht die Kosten für den Aufbau und den Betrieb einer solchen Uhr, und insbesondere
im Falle des Umschaltgetriebes auch die Störanfälligkeit des Uhrwerks. Nachteilig
bei der vorbekannten Detektionseinrichtung ist ferner, daß infolge von Streulichteinflüssen
eine genaue und reproduzierbare winkelmäßige Signalgabe beim Überstreichen jenes optronischen
Sensors durch einen der Zeiger kaum realisierbar ist; wobei unterschiedliche Zeigerbreiten
zu unterschiedlichen Signalgabezeitpunkten und durchbrochene Zeiger, wie im Falle
von Stiluhren-Zeigern, sogar zu mehrfachen Signalgaben und damit zu Fehlauswertungen
führen, die allenfalls über besonders aufwendige elektronische Korrekturmittel kompensiert
werden können, um die beim Konsumenten von einer Funkuhr erwartete hohe Anzeigegenauigkeit
zu gewährleisten. Der Gebrauchszweck einer Funkuhr hinsichtlich seines Zifferblatt-Designs
kann schließlich dadurch erheblich beeinträchtigt sein, daß der optronische Sensor
innerhalb der Minuterie und damit gestalterisch recht auffällig in das Zifferblatt
eingebaut werden muß, damit er auch von Zeigern unterschiedlicher Länge überstrichen
werden kann.
[0003] In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
gattungsgemäße Detektionseinrichtung derart zu schaffen, daß der Gebrauchszweck einer
Uhr, insbesondere einer Funkuhr, hinsichtlich ihrer gestalterischen Ausbildung nicht
dadurch beeinträchtigt wird, daß an visuell abträglichen Stellen Sensoren eingebaut
werden müssen und/oder daß Einschränkungen hinsichtlich der Ausgestaltung der Zeiger
gegeben sind; wobei zugleich die Funktionssicherheit einer solchen Einrichtung verbessert
werden soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß
die gattungsgemäße Detektionseinrichtung gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches
1 ausgestaltet ist; wobei der Begriff einer Lichtschranke hier auch die Funktion im
Strahlenspektrum jenseits des sichtbaren Lichts umfassen soll.
[0004] Nach dieser Lösung, bei der die optronische Zeigerstellungs-Abfrage ins Innere des
Werkes verlegt ist, sind keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Gestaltung des
Zifferblattes und der Zeiger der Uhr mehr gegeben. Das Werk weist einschließlich seiner
Zeigerstellungs-Detektionseinrichtung einen kompakten und in sich vollständig funktionstüchtigen,
also auch ohne den Einbau in eine Uhr eigenständig funktionsprüfbaren Aufbau auf.
Unabhängig von der Breite und sonstigen Gestaltung der Zeiger erbringt z.B. die Abfrage
des Minutenrades einschließlich seines Zwischenrades und des Stundenrades, im Falle
eines Schrittmotors für den Antrieb des Minutenrades mit getrieblich gekoppeltem Stundenrad,
alle zwölf Stunden eine minutengenaue Zeigerstellungsinformation.
[0005] Darüberhinaus ergibt die Abfrage des Sekundenrades einschließlich seines Zwischenrades
jede Minute eine sekundengenaue Zeigerstellungsinformation. Die Verkopplung dieser
Informationen über eine elektrische Schaltung (oder über eine gemeinsame Lichtschranke)
erbringt somit die Auslösung eines Zeigerstellungs-Detektionssignales in einer sekundengenau
definierten Stellung nicht nur des Sekundenzeigers, sondern auch des Minutenzeigers
und des von ihm getriebenen Stundenzeigers.
[0006] Nachdem so im Zuge eines Stundenzeigerumlaufes einmal eine definierte Zeigerstellung
gesichert ist, kann über bloßes Auszählen der Fortschaltimpuls aus dieser Detektionsstellung
heraus der nachfolgende Zeigergang mitgekoppelt werden. Das gilt sinngemäß auch für
andere getrieblich angetriebene Anzeigemittel wie etwa Zahlenwalzen (anstelle von
Zeigern vor einer Skalierung).
[0007] Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung
dreier in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche aber angenähert maßstabsgerecht
skizzierter bevorzugter Realisierungsbeispiele zur Erfindung. Es zeigt jeweils in
abgebrochener Darstellung:
Fig. 1 ein Uhrwerk, mit zwei getrennten Schrittmotoren für den Antrieb einerseits
des Sekundenzeigers und andererseits der Minuten- und Stundenzeiger und mit zwei Lichtschranken,
im Axial-Längsschnitt,
Fig. 2 das Werk gemäß Fig. 1 in Draufsicht,
Fig. 3 entsprechend der Darstellung der Fig. 1 ein Werk mit nur einem Schrittmotor
und nur einer Lichtschranke,
Fig. 4 das Werk gemäß Fig. 3 in Draufsicht und
Fig. 5 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.
[0008] Beim in Fig. 1/Fig. 2 skizzierten Uhr-Werk 1 sind zwei unabhängig voneinander ansteuerbare
Schrittmotoren 2, 3 vorgesehen. Der Rotor 4 des Sekundenzeiger-Schrittmotors 2 treibt
mittels eines Ritzels 5 über ein Zwischenrad 6 und sein Ritzel 7 das Sekundenrad 8
an, und damit über die drehstarr hiermit verbundene Sekundenzeiger-Welle 9 den vor
der Minuterie eines Zifferblattes 10 kreisenden Sekundenzeiger (in der Zeichnung nicht
dargestellt).
[0009] Der Rotor 11 des zweiten Motors 3 treibt über sein Ritzel 12, ein weiteres Kleinboden-
oder Zwischenrad 13 und sein Ritzel 14 das Minutenrad 15, mit dem die Minutenzeiger-Hohlwelle
16 über eine Friktionsverbindung 17 in Drehverbindung steht.
[0010] Abgeleitet aus der Umdrehung der Hohlwelle 16 wird über ein Ritzel 18, ein Wechselrad
19 und sein Ritzel 20 das Stundenrad 21 angebtrieben, das mit einer Hohlwelle 22 für
den Stundenzeiger (in der Zeichnung nicht dargestellt) drehstarr verbunden ist. Die
Rotoren 4, 11 und die Zwischenrtäder 6, 13 sind an einer Kleinboden- oder Trägerplatte
23 gehaltert bzw. gelagert, an der auch ein Hülsenlager 24 für die zentral die Hohlwellen
16, 22 durchragende Sekundenzeiger-Welle 9 ausgebildet ist. Vor der Außenfläche der
Gehäuse-Vorderwand 25 ist das Zifferblatt 10 angeordnet; an ihrer Innenfläche ist
ein Lagerzapfen 26 für das Wechselrad 19 angeordnet, im dargestellten Ausführungsbeispiel
einstückig angeformt. Die Befestigung der Trägerplatte 23 - und der Schrittmotoren
2, 3 auf ihr - an der Gehäuse-Vorderwand 25 ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Hinter dem Räder- und Zeiger-Werk 1 dient eine Leiterplatte 26 der axialen Bewegungsbegrenzung
insbesondere der Sekundenrad-Welle 9 (und über das Sekundenrad 8 auch der Zwischenräder
6 und 13) nach rückwärts, also von der Gehäuse- Vorderwand 25 fort.
[0011] Der Einbauraum 27 auf der vom Werk 1 abgelegenen Seite der Leiterplatte 26, zwischen
dieser und der Gehäuse-Rückwand 28, dient der Aufnahme insbesondere von elektrischen
Bauelementen 29 für einen Funkuhr-Empfänger und für die zeithaltende Uhrenschaltung
(in der Zeichnung nur symbolisch angedeutet). Diese Bauelemente 29 sind mit auf die
Leiterplatte 26 aufkaschierten Leiterbahnen 30 elektrisch und mechanisch verbunden.
[0012] Einer bestimmten Winkel-Stellung der Zeiger vor der Minuterie des Zifferblattes 10
entspricht eine bestimmte Drehstellung der mit den Zeigern getrieblich gekoppelten
Räder des Werkes 1. Für die Detektion des Drehwinkel-Eintritts in diese Stellung ist
am Werk 1 wenigstens eine Lichtschranke 31, 32 vorgesehen. Aus Gründen der Störsicherheit
handelt es sich bevorzugt nicht um Reflex-Lichtschranken 31, 32; sondern es ist jeweils
ein Strahlungssender 33 einem Strahlungsempfänger 34 zugeordnet. Der Strahlengang
der jeweiligen Lichtschranke 31, 32 ist von den hineinragenden Rädern 6, 8 bzw. 13,
15, 21 unterbrochen, sofern nicht in diesen Rädern ausgebildete Blendenöffnungen 35
gerade miteinander (axial bezüglich der Orientierung der Lichtschranken 31, 32) fluchten.
[0013] Die Durchmesser der Blendenöffnungen 35 im jeweils am schnellsten laufenden der in
die Lichtschranken 31, 32 eingreifenden Räder des Werkes 1, hier also der Zwischenräder
6 bzw. 13, sind kürzer gewählt, als das Bogenstück 36, das das jeweilige Zwischenrad
6 bzw. 13 bei Fortschaltung durch seinen Schrittmotor-Rotor 4 bzw. 11 zurücklegt.
[0014] Es fluchten die Blendenöffnungen 35 im Zwischenrad 13, im Minutenrad 15 und im Stundenrad
21 aufgrund ihrer getrieblichen Kopplungen gerade alls zwölf Stunden einmal; einmal
pro zwölf Stunden ist der Strahlengang der Lichtschranke 32 also durchlässig und deshalb
der Empfänger 34 für die minutengenaue Abgabe eines elektrischen Signales optisch
angesteuert. Dagegen ergibt die getriebliche Konstellation beim für den Antrieb des
Sekundenrades 8 vorgesehenen Schrittmotor 2, daß die Lichtschranke 31 über die Blendenöffnungen
35, im Sekundenrd 8 und in seinem Zwischenrad 6 jede Minute einmal optisch durchschaltet;
vom Empfänger 34 der Lichtschranke 31 wird also minütlich sekundengenau ein Impuls
abgegeben. Deshalb ergibt die elektrische Zusammenschaltung der Ausgangssignale der
Empfänger 34 (also beispielsweise deren Signalverkopplung über eine UND-Verknüpfungsschaltung;
in der Zeichnung nicht dargestellt)eine alle zwölf Stunden sekundengenau einsetzende
Signalgabe als elektrische Information darüber, daß der Minutenzeiger (und über die
getriebliche Kopplung im Werk 1 deshalb auch der Stundenzeiger) momentan eine und
nur eine ganz bestimmte (Referenz- oder Detektions-)Winkelstellung einnimmt, die durch
die Anordnung der Blendenöffnungen 35 konstruktiv bestimmt ist.
[0015] Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3/Fig. 4 ist nur der Schrittmotor 2 zum Antrieb
des Sekundenrades 8 über das Zwischenrad 6 vorgesehen. Der Antrieb des Minutenrades
15 erfolgt aus einem Sekundenrad-Ritzel 38 über das Kleinboden- oder Zwischenrad 13'.
Nun ist nur eine Lichtschranke 39, zwischen einem Strahlungssender 33 und einem Stahlungsempfänger
34 in der Leiterplatte 37 und in der Gehäusevorderwand 25, vorgesehen, in deren Strahlengang
nicht nur das Sekundenrad 8 und sein Zwischenrad 6, sondern nun auch das Stundenrad
21 und das Minutenrad 15 - jeweils mit einer Blendenöffnung 35 ausgestattet - hineinragen.
Dadurch ergibt sich wieder alle zwölf Stunden die Konstellation der axial fluchtenden
Belendenöffnungen 35 und somit, über das Sekunden-Zwischenrad 6 als dem Träger der
am schnellsten weiterbewegten Blendenöffnung 35, ein sekundengenaues Einsetzen der
Signalgabe vom Empfänger 34; ohne daß hierfür nun noch eine elektrische Verknüpfung
der Ausgangssignale zweier Empfänger 34 (entsprechend Fig. 1/Fig. 2) erforderlich
wäre.
[0016] Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 stellt insofern eine konstruktive .Vereinfachung
gegenüber dem vergleichbaren Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dar, als nun nicht mehr
eine vollständige Sender-Empfänger-Paarung je Schrittmotor 2, 3, also je Lichtschranke
31, 32 erforderlich ist und darüberhinaus das Erfordernis des elektrischen Anschlusses
(also der Verdrahtung) von elektrischen Funktionskomponenten abseits der Leiterplatte
37 nun entfällt. Das ist dadurch möglich,
daß für mehrere Lichtschranken 31, 32 nun nur noch ein gemeinsamer Strahlungssender
33 vorgesehen ist, der ebenso wie die den einzelnen Lichtschranken 31, 32 zugeordneten
Strahlungsempfänger 34 bei der Leiterplatte 37 angeordnet, also mechanisch und elektrisch
angeschlossen ist; wobei die optische Strahlungsenergie über hinsichtlich ihres Materials
(z.B. Acrylglas für Strahlung im Bereiche des sichtbaren Lichts oder Germanium für
Strahlung im ferneren Infrarotbereich) dem senderseitigen Strahlungsspektrum angepaßte
Strahlungsleitkörper 41 von dem gemeinsamen Sender 33 zur jeweiligen Einstrahlposition
42 der Lichtschranken 31, 32 geleitet wird. Günstiger als der Einsatz biegsamer Fasern
ist die Realisierung der Strahlungsleitkörper 41 durch spanend oder spanlos geformte
geometrische Gebilde, die unter Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten im Uhrwerk
1 dimensioniert und so bereits maßgerecht beim Aufbau des Uhrwerks 1 mit montiert
werden können; zumal sich bei solchen starren Körpern in aus der Flutlicht-Umlenktechnik
bekannter Weise durch Reflexionsschrägen 43 engere Radien realisieren lassen, als
mit gebogen verlaufenden Leitfasern, und die mechanische Festlegung nicht bei einer
Strahlenaustrittsfläche realisiert sein muß, sondern an konstruktiv günstigerer Stelle
des starren Leitkörpers 41 gelegen sein kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
nach Fig. 5 beginnen zwei Leitkörper 41 vor dem Sender 33, um sich dann gemäß den
räumlichen Gegebenheiten zu verzweigen. Die beiden starren Leitkörper 41 sind an der
für die Positionierung des Räderwerks, also der Blendenöffnungen 35 maßgeblichen Trägerplatte
23 gehaltert. Der eine dargestellte Leitkörper 41 verläuft aus einer hinter der Zeichenebene
liegenden Ebene über eine Abwinklung 44 in die Zeichenebene und über eine weitere
Abwinklung 44 in eine Aussparung 45 auf der Innenseite der Gehäuse-Vorderwand 25,
wo er nach einer letzten Abwinklung 44 mit einer Strahlungsaustrittsfläche in der
Einstrahlposition 42 zur Lichtschranke 32 endet. Der andere Leitkörper 41 verläuft
im dargestellten Beispielsfalle längs der Trägerplatte 23 hinter der Zeichenebene,
um im Bereiche einer Aussparung 43 in der Trägerplatte 23 in die Zeichenebene einzutreten
und hier mit einer Strahlungsaustrittsfläche in Einstrahlposition 42 für die andere
Lichtschranke 31 zu enden.
[0017] Durch die vereinfachten Fertigungs- und Einbaumöglichkeiten, insbesondere im Hinblick
auf die Anordnung elektrischer Bauelemente ausschließlich in der Leiterplatte 37,
ergibt sich über die Montageerleichterung hinaus auch eine größere Funktionssicherheit;
die noch durch die starren Leitkörper 41 und durch bessere Abschirmmöglichkeiten gegen
Fremdeinstrahlung erhöht ist. Insgesamt läßt sich bei der Lösung gemäß Fig. 5 eine
Verringerung der axialen Bauhöhe verglichen mit einer Lösung nach Fig. 1 erzielen,
weil die axiale Bauhöhe der Sender 33 und der Empfänger 34 nun nicht hintereinandergestaffelt
ist, sondern mit der Strahlungsaustrittsfläche der Leitkörper 41 auch Einstrahlpositionen
42 in gedrängteren und schwieriger zugänglichen Positionen bedient werden können.
[0018] Die Lichtschranken 31, 32, 39 arbeiten vorzugsweise im Infrarot-Strahlungsspektrum,
weil die Sender 33 in Form von strahlungsemittierenden Dioden recht geringe Abmessungen
aufweisen und mit einer Spannung von unter 1,5 Volt, also wie ein batteriebetriebenes
Uhrwerk aus einer Monozelle betreibbar sind. Außerdem erübrigen die auf ein Infrarot-Strahlungsspektrum
abgestimmten Empfänger 34 aufwendigere optische Abschirmmaßnahmen gegen Fremdlicht-Einflüsse
aus der Umgebung des Werkes 1, so daß der Aufbau der Lichtschranken 31, 32 bzw. 39
innerhalb des praktisch geschlossenen Gehäuses des Werkes 1 bereits eine für die Belange
des Praxis gewöhnlich ausreichende Abschirmung ergibt.
[0019] Sobald eine der Lichtschranken 31, 32, 39 durch axial fluchtende Blendenöffnungen
35 durchschaltet, befinden sich die vom zugeordneten Schrittmotor 2 bzw. 3 bewegten
Zeiger in einer definierten Position. Wenn die Bauelemente 29 schaltungstechnisch
so ausgelegt sind, daß fortan die Weiterschaltung dieses Zeigers durch Zählen der
zugeordneten Schrittmotor-Ansteuerimpulse mitgekoppelt wird, liegt stets eine elektrische
Information über die momentane Zeiger-Winkelstellung bezüglich der Referenzstellung,
in der die Blendenöffnungen 35 miteinander fluchteten, vor.
[0020] Sollte jedoch durch elektrische oder mechanische Störungen bei diesem Mitkoppeln
ein Fehler auftreten, dann wird er zwangsläufig korrigiert, wenn beim nächstfolgenden
Erreichen jener Referenzstellung ein neuer Mitkopplungsvorgang einsetzt.
1. Anzeigestellungs-Detektionseinrichtung für eine Uhr, insbesondere eine Funkuhr,
mit einem optronischen Sensor,
dadurch gekennzeichnet,
daß Räder des Werkes (1) zum Antreiben von Anzeigemitteln als Lochblendenscheiben
für eine Lichtschranke (31, 32; 39) vorgesehen sind.
2. Detektionseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser der Blendenöffnung (35) im am schnellsten drehenden Rad kleiner
als die Länge des Bogenstückes (36) ist, um das die Blendenöffnung (35) bei Ansteuerung
dieses Rades verschwenkt wird. -
3. Detektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in eine Lichtschranke (31, 32; 39) ein Zwischenrad (6, 13) und das von seinem
Ritzel (7, 14) getriebene Rad (8, 15) mit je einer Blendenöffnung (35) hineinragen.
4. Detektionseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in eine Lichtschranke (32) ein Zwischenrad (13) und das Minutenrad (15) sowie
das Stundenrad (21) hineinragen.
5. Detektionseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in eine Lichtschranke (31) ein Zwischenrad (6) und das Sekundenrad (8) hineinragen.
6. Detektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in eine Lichtschranke (39) das Stundenrad (21), das Minutenred (15), das Sekundenrad
(8) und sein Zwischenrad (6) hineinragen, die sämtlich aus einem einzigen Schrittmotor
(2) angetrieben sind.
7. Detektionseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß je eine Lichtschranke (31, 32; 39) für einen Antriebs-Motor (2, 3) vorgesehen
ist.
8. Detektionseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtschranken (31, 32; 39) IR-Dioden als Strahlungssender (33), und auf das
Infrarot-Spektrum abgestimmte Strahlungsempfänger (34), aufweisen.
9. Detektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dädurch gekennzeichnet,
daß Strahlungsleitkörper (41) sich von wenigstens einem Sender (33) durch das Räder-Werk
(1) zu Einstrahlpositionen (42) von Lichtschranken (31, 32; 39) erstrecken.
10. Detektionseinrichtung nach Anspruch 9,
ddurch gekennzeichnet,
daß die Leitkörper (41) an einer Räderwerks-Trägerplatte (23) festgelegt sind.
11. Detektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Empfänger (34) und Sender (33) der Lichtschranken (31, 32; 39) an einer gemeinsamen
Leiterplatte (37) angeordnet sind.
12. Detektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtschranken (31, 32; 39) zwischen einer Werk-Leiterplatte (37) und der
Trägerplatte (23) bzw. der Vorderplatine oder Gehäuse-Vorderwand (25) des Räder-Werkes
(1) eingebaut sind.