[0001] Die Erfindung betrifft eine batterielose elektromechanische Schaltuhr mit einem eingangsseitigen
Netzgleichrichter, der einen Speicherkondensator speist, der mit einer Versorgungsspannung
einen Uhrschaltungsprozessor mit einem quarzgesteuerten Uhrzeitzähler sowie einen
von letzterer periodisch mit Uhrschrittimpulsen gesteuerten elektromechanischen Uhrantrieb
speist, so daß uhrstellungsabhängig mittelbar oder unmittelbar ein Ausgangskontakt
geöffnet oder geschlossen ist.
[0002] Schaltuhren der vorgenannten Art sind allgemein bekannt. Bei diesen Schaltuhren ist
es vorgesehen, daß ein netzsychron laufender 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.
[0003] Es gibt weiterhin Schaltuhren der genannten Art, 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.
[0004] Es ist unerwünscht, daß solche Batterien in derartigen Schaltuhren angeordnet sind,
weil diese im Falle der Entsorgung dieser Schaltuhren zu einer Umweltbelastung führen.
[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine wartungsfreie, batterielose Schaltuhr zu schaffen,
welche eine elektronische Gangreserve bei Netzausfall bietet, die jedoch keinen umweltschädlichen
Akkumulator benötigt.
[0006] Die Lösung besteht darin, daß der Uhrschaltungsprozessor programmgesteuert jeweils
vor der periodischen Abgabe eines der Uhrschaltimpulse die Versorgungsspannung auf
ein Überschreiten einer vorgegebenen Mindestspannung prüft und nur dann, wenn diese
überschritten ist, den Uhrschaltimpuls ausgibt, und daß jeweils andernfalls ein Zähler,
dessen Inhalt die Anzahl der jeweils auszugebenden, jedoch noch nicht ausgegebenen,
periodischen Uhrschaltimpulse angibt, um 1 heraufgezählt ist, und daß dann, wenn ein
Uhrschaltimpuls ausgegeben worden ist, der Zählerinhalt darauf überprüft wird, ob
alle auszugebenden Uhrschaltimpulse ausgegeben worden sind, und falls dies nicht so
ist, der Zähler um 1 herabgezählt ist und das Programm mit einer Abfrage des Uhrzeitzählers,
ob ein weiterer Uhrschaltimpuls auszugeben ist, fortsetzt.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] Das Eingabekontaktfeld kann unmittelbar der Steuerung des externen Verbrauchers dienen
oder direkt ein Relais oder über den Uhrschaltungsprozessor das Relais mit dem Ausgabekontakt
betätigen.
[0011] 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.
[0012] In einer besonderen Ausführung ist dem Uhrschaltungsprozessor ein eigener Puffer
zugeteilt, der von der Versorgung des Schrittmotores und des Ausgaberelais unabhängig
seine Energiereserve hält und gegen deren Versorgung über einen hochsperrenden Gleichrichter,
beispielsweise einen MOS-FET-Transistor abgesperrt.
[0013] 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.
[0014] Die Erfindung ist anhand von den Figuren 1 und 2 beispielhaft dargestellt.
- Fig. 1
- zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung einer Schaltuhr mit Gangreserve;
- Fig. 2
- zeigt ein Blockschaltbild einer derartigen Schaltuhr.
[0015] Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild bei dem eine Schaltuhr über einen Netzgleichrichter
(NG) von der Netzspannung (UN) gespeist wird. Der Netzgleichrichter (NG) liefert eine
Miederspannungs-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.
[0016] 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 weitere Pufferkondensator (D1) parallelgeschaltet ist. Der Gleichrichter,
der dem Uhrschaltkreis und dem zusätzlichen Pufferkondensator (C1) versorgt, ist beispielsweise
ein hochsperrender MOS-FET-Transistor; andere Entkopplungen, z.B. über eine Diode,
sind ebenfalls möglich.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] Figur 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 einen Abschaltung
des Ausgaberelais (SR), damit dieses keinen weiteren Strom verbraucht. Falls das Relais
ein Impulsrelais ist, entfällt dieser Ausschaltvorgang. Danach kehrt das Programm
zum Eingangspunkt wieder zurück.
[0020] 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.
[0021] 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 Änderungrichtung 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.
[0022] 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.
1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß 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 Uhrschrittimpuls (UI) auszugeben
ist, fortsetzt.
2. Schaltuhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Zählers (Z)
jeweils nach einer periodischen Zustandsänderung des modulo arbeitenden Uhrzeitzählers
(CZ) um 1 erhöht wird und jeweils nach der Ausgabe eines Uhrschrittimpulses (UI) um
1 erniedrigt wird.
3. Schaltuhr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zur Ausgabe
des Uhrschrittimpulses (UI) programmgesteuert eine Uhrimpulseinschaltzeit (TLUein)
und anschließend eine minimale Uhrimpulsausschaltzeit (TLUaus, min) abgewartet wird,
wonach im Programmablauf fortgefahren wird.
4. Schaltuhr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß uhrstellungsabhängig
Stellungen von Eingabeelementen (EK) eines Eingabefeldes entweder unmittelbar einen
Ausgabekontakt steuern und/oder dem Uhrschaltungsprozessor (CLS) signalisiert werden
und dieser demgemäß mindestens ein Schaltrelais (SR), das von der Versorgungsspannung
(UV) gespeist ist, ansteuert, das den Ausgabekontakt (AK) betätigt.
5. Schaltuhr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Prüfung der
Versorgungsspannung (UV) ergab, daß diese unter der Mindestspannung liegt, das Schaltrelais
(SR) von dem Uhrschaltungsprozessor (CLS) nicht angesteuert oder übersteuernd abgeschaltet
gehalten wird, bis der Inhalt des Zählers (Z) angibt, daß alle auszugebenden periodischen
Uhrschaltimpulse (UI) ausgegeben sind.
6. Schaltuhr nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Uhrschaltungsprozessor
(CLS) mit der Versorgungsspannung (UV) über einen hochsperrenden Gleichrichter (G)
verbunden ist, der einen Pufferkondensator (C1) parallel zum Uhrschaltungsprozessor
(CLS) speist.