Elektronische Umschalteinrichtung

Abstract

 Beschrieben wird eine elektronische Umschalteinrichtung, wobei diese aus einem Transistor T2 besteht, welcher in einem Quarz- oder Funk-Quarz-Wecker die Batterie B über die Emitter-Kollektorstrecke an eine Gleichspannung schaltet, wobei die Basis des Transistors T2 von einander versetzten Impulsen MOT 1, MOT 2 des Schrittschaltmotors M oder den Summer-Steuerimpulsen angesteuert wird und zum Anlaufen des Schaltkreises ein Vorwiderstand in der Spannungsversorgung ausgebildet ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Umschalteinrichtung für einen Quarz- oder Funkquarzwecker nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Derartige elektronische Umschalteinrichtungen werden insbesondere für die Steuerung von Uhren oder dergleichen benötigt, wobei es darauf ankommt, beim Ausfall der Netzspannung möglichst schnell und bedarfsgerecht ohne wesentliche Umschaltverluste das vorher von der Netzspannung betriebene Uhrensystem nun an die Batteriespannung zu legen.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die elektronische Umschalteinrichtung bedarfsgerecht zu steuern und beim Ausfall der Netzspannung sehr schnell bei sehr geringen elektronischen Verlusten in der Umschalteinrichtung die Batterie des Uhrensystems, insbesondere als Primärzelle, dem Schaltkreis des Weckuhrensystems zuzuschalten.

[0004] Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß die Umschalteinrichtung aus einem Transistor T2 besteht, welcher die Batterie B über die Emitter-Kollektorstrecke an die Versorgungsspannung schaltet, wobei die Basis des Transistors T2 von einander versetzten Impulsen (MOT 1, MOT 2) des Schrittschaltmotors M angesteuert wird und zum Anlaufen des Weckuhrenschaltkreises ein Widerstand R4 vorgesehen ist.

[0005] Bei dieser Lösung erfolgt die Umschaltung in der elektronischen Umschalteinrichtung besonders bedarfsgerecht, da bei Netzspannung die Batterie völlig stromlos gehalten wird und beim Ausfall der Netzspannung sehr schnell über schon vorher vorhandene Impulse des Motors oder Summers ein Transistor angesteuert wird, welcher die Batterie über die Emitter-Kollektorstrecke zuschaltet. Die Zuschaltung erfolgt mittels der Impulse MOT 1, MOT 2 des Motors, wobei hier eine besonders bedarfsgerechte und verlustfreie Umschalteinrichtung ausgebildet ist, da die Impulse den Motor gerade so ansteuern, daß der Schaltkreis des Uhrensystems bedarfsgerecht betrieben wird, d.h. unterhalb des Sättigungsbereichs des Transistors der Umschalteinrichtung liegt.

[0006] In vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Basis des Transistors T2 die Impulse MOT 1, MOT 2 des Motors M über einen Vorwiderstand R3 erhält, den Transistoren T3, T4 vorgeschaltet sind.

[0007] Bei dieser Ausgestaltung wird auf die Belange des Transistors T2 der Umschalteinrichtung bezug genommen, wobei dieser Transistor T2 über die vorgeschalteten Transistoren T3, T4 besonders bedarfsgerecht in Verbindung mit einem Vorwiderstand R3 angsteuert wird.

[0008] Die Transistoren T3, T4 sind insoweit auch bei Netzspannung schon vorgespannt, wobei beim Ausfall der Netzspannung hier eine besonders rasche Umschaltung auf den Umschalt-Transistor T2 der Umschalteinrichtung erfolgt.

[0009] In Verbindung mit der Umschalteinrichtung beim Wegfall der Netzspannung ist es besonders vorteilhaft, daß ausgehend vom Netzbetrieb eine Schaltdiode D2 an der Basis des Transistors T2 der Umschalteinrichtung liegt, wobei beim Ausfall der Netzspannung die negative Vorspannung der Basis-Emitterstrecke des Transistors T2 entfällt, so daß der Transistor verzögerungsfrei über die Emitter-Kollektor-Strecke leitend wird.

[0010] Die Patentansprüche geben lediglich eine der vorteilhaften Lösungen der Umschalteinrichtungen wieder, wobei aus der Kombination der Patentansprüche untereinander sich noch weitere vorteilhafte Lösungen ergeben.

[0011] Die in der Zeichnung dargestellte Lösung wird auch in ihrer räumlichen Ausgestaltung erfindungsgemäss beansprucht, soweit hier einzelne Komponenten gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft herausgestellt sind.

[0012] Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

[0013] Es zeigen:

Figur 1:

ein Schaltbild eines Uhrensystems für einen Quarzwecker mit Darstellung der erfindungsgemässen Umschalteinrichtung,

Figur 2:

die Ansteuerimpulse für die Umschalteinrichtung.

[0014] Aus Figur 1 ist das elektrische Schaltbild eines Quarz- oder Funkquarzweckers ersichtlich, der aus dem Netz (220 Volt a.c.) oder aus einer handelsüblichen Batteriezelle (z.B. IEC LR6) betreffend die Batterie B mit Energie versorgt wird.

[0015] Bei Netzbetrieb wird der Uhrenschaltkreis betreffend die Spannungen Vdd und Vss aus einem Steckertransformator gespeist, wobei die Ausgangsspannung des Transformators kleiner 10 Volt effektiv ist.

[0016] In dieser Betriebsart ist eine permanente Zifferblattbeleuchtung mit Dim-Funktion betreffend die Beleuchtung H1 mit Regelung über das Potentiometer P1 in Verbindung mit dem Vorwiderstand R1 möglich.

[0017] Wird trotz Netzbetrieb in die elektrische Schaltung bzw. den Wecker eine Batterie B oder eine Primärzelle eingelegt, so bleiben die Funktionen "Uhrzeit" und "Wecken" auch bei Netzausfall erhalten, weil erfindungsgemäss elektronisch verzögerungsfrei und verlustarm über den Schalttransistor T2 auf den Betrieb mit Batterie B umgeschaltet wird.

[0018] Der Transistor T2 wird über die Kollektor-Emitterstrecke auf die Batterie B geschaltet, wobei die Basis des Transistors der Umschalteinrichtung von Steuerimpulsen MOT 1, MOT 2 ansteuert wird, oder von Summerimpulsen über T5, D3, R5.

[0019] Bei Netzbetrieb ist im weiteren an der Basis der Umschalteinrichtung des Transistors T2 eine Diode D2 vorgesehen, deren Spannung beim Ausfall der Netzspannung wegfällt, so daß der Transistor T2 der Umschalteinrichtung augenblicklich an die Batterie B gelegt wird, so daß die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors T2 der Umschalteinrichtung leitend wird.

[0020] Die Vorteile gegenüber den bekannten Netz-Synchron-Weckern liegen erfindungsgemäss darin, daß
   der Wecker quarzgenau arbeitet
   der Wecker besonders leise ist
   die Möglichkeit der Pufferung gegen Netzausfall besteht
   und
   der Wecker auch netzunabhängig einsetzbar ist.

[0021] Die elektronische Umschalteinrichtung in Verbindung mit dem Weck-Uhrenschaltkreis und dem Motor M sowie der Summer-Ansteuerimpulse erfolgt wie nachstehend beschrieben:
Die Schaltung wird über die Buchse X1 mit 6 Volt a.c. 50 - 60 Hz betrieben.

[0022] Über den Vorwiderstand R1 und das Potentiometer P1 erfolgt eine dimbare Beleuchtung in Verbindung mit der Leuchtquelle H1.

[0023] Über die Diode D1 erfolgt die Gleichrichtung und im weiteren über den Kondensator C1 die Glättung, wobei die LED1 eine Spannungsstabilisierung am Längstransistor T1 darstellt.

[0024] Der Weckuhrenschaltkreis sowie der Summer H2, der Motor M (bzw. H3) sowie die Schalter S1, S2 sowie der Schalttransistor T5 bilden eine herkömmliche Quarz-Weck-Uhrenschaltung.

[0025] Der Motor M (bzw. H3) wird jede Sekunde gemäss Figur 2 zu je 47 Millisekunden Dauer mit wechselneder Polarität mit 1,5 Volt Spannung gepulst, wobei ein Zeitdiagramm mit einander versetzten Impulsen vorliegt. Es ist jedoch auch möglich, nur jeweils eine Impulsfolge MOT 1 oder MOT 2 für die elektronische Umschaltungeinrichtung zu verwenden, wobei evtl. der Ladekondensator C2 in Verbindung mit dem Anlaufwiderstand R4 an der Basis T2 der Umschalteinrichtung erhöht werden kann.
Bei Netzbetrieb wird die Basis-Emitterstrecke von T2 negativ über D2 vorgespannt, so daß beim Wegfall der vorherigen Netzspannung eine sofortige Umschaltung auf die Basis des Transistors T2 sich ergibt, so daß sich ein schneller Anlauf über die Impulse des Motors M oder die Summerimpulse über T5, D3 ergibt.

[0026] Bei einer Spannung von 6 Volt Wechselspannung (a.c.) wird die Uhrenschaltung über den Längstransistor T1 mit etwa 1,6 Volt Gleichspannung (d.c.) gespeist.

[0027] In dieser Situtation ist T2, welcher die elektronische Umschalteinrichtung darstellt, gesperrt, da der Emitter von T2 an der Batterie B bzw. der Primärzelle mit 1,2 bis 1,5 Volt Spannung anliegt, die Basis von T2 jedoch über D2 auf 1,6 Volt geklemmt ist. Aus der Batterie B bzw. der Primärzelle wird insoweit vorteilhaft kein Strom entnommen, so daß sich eine besonders lange Lagerfähigkeit der Batterie B innerhalb der Schaltung ergeben kann.

[0028] Beim Ausfall der Netzspannung fällt der Strom durch D2 weg, wobei in diesem Bereich die elektronische Umschalteinrichtung mit dem Transistor T2 möglichst in die Sättigung durchgesteuert werden soll, um den Spannungsabfall über die Emitter-Kollektorstrecke von T2 auf kleiner 100 Milli-Volt zu begrenzen. Der größte Laststrom durch Pulsen des Summers H2 beträgt 100 Milliampere, wobei dann der Transistor T2 völlig im Sättigungsbereich liegt.

[0029] Um den Transistor T2 bei dieser Belastung in die Sättigung zu steuern, fließt über die Basis von T2 ein Strom von etwa 10 Milliampere.

[0030] Ein permanenter Basisstrom von 10 Milliampere für den ungünstigsten Belastungsfall würde die Primärzelle bzw. die Batterie B aber sehr schnell entleeren. Deshalb wird der Basisstrom des Transistors T2, d.h. die elektronische Umschalteinrichtung, durch die Verbraucher vorteilhaft jeweils auf einen Wert gesteuert, um T2 in eine annähernde Sättigung zu schalten.

[0031] Die elektronische Umschalteinrichtung wird wie folgt betrieben:
Beim Einlegen einer Batterie B ohne Netzbetrieb läuft der Weck-Uhren-Schaltkreis über den hochohmigen Widerstand R4, der den Anlaufwiderstand bildet, an. Sobald der erste Motorimpuls MOT 1 oder MOT 2 erscheint, wird mit R6 T4 R3 (oder RT T3 R3) der Basisstrom T2 erhöht, um die elektronische Schalteinrichtung - hier den Transistor T2 - für die Belastung durch den Motor (hier ca. 2 Milliampere) gerade in die Sättigung zu steuern.

[0032] Bei Aktivieren des Summers H2 wird der gleiche Effekt über die Schottkydiode D3 und den Vorwiderstand R5 erzielt, jedoch fließt hierbei der höchste Basisstrom von ca. 10 Milliampere in der elektronischen Umschalteinrichtung, bestehend aus dem Transistor T2.

[0033] Da alle Verbraucher des Weck-Uhren-Schaltkreises nur impulsmässig kurzzeitig zugeschaltet werden, d.h. der arithmetische Mittelwert der Lastströme sehr gering ist, und der Basisstrom von T2 synchron zu den Lastströmen bedarfsgerecht gesteuert wird, sind die Verluste in der elektronischen Umschalteinrichtung, bestehend aus dem Transistor T2 und den vorgeschalteten Transistoren T3, T4 in Verbindung mit dem Vorschaltwiderstand R3 und den Steuerwiderständen, R6, R7 sowie D3, R5 sehr gering, so daß sich insoweit eine besonders bedarfsgerechte Umschaltung von Netz/Batterie- (bzw. Primärzelle) ergibt.

Ansprüche

1. Elektronische Umschalteinrichtung für einen Quarz- oder Funkquarzwecker, wobei ein ansich bekannter - mit Gleichspannung betriebener Weck-Uhren-Schaltkreis mit Quarz an einer Versorgungsspannung liegt und der Schaltkreis mit wechselnden Pulsen einen Schrittschaltmotor zur Zeigerbetätigung ansteuert und hierbei beim Ausfall der Netzspannung mit elektronischen Schaltmitteln auf Batterie-Betrieb umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung aus einem Transistor T2 besteht, welcher die Batterie B über die Emitter-Kollektorstrecke an die Versorgungsspannung Vdd schaltet, wobei die Basis des Transistors T2 von einander versetzten Impulen (MOT 1, MOT 2) des Schrittschaltmotors (M) oder den Summer-Steuerimpulsen angesteuert wird und zum Anlaufen des Weck-Uhren-Schaltkreises ein Anlaufwiderstand R4 vorgesehen ist.

2. Elektronische Umschalteinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors T2 die Impulse MOT 1, MOT 2 des Motors M über einen Vorwiderstand R3 erhält, dem Transistoren T3, T4 vorgeschaltet sind.

3. Elektronische Umschalteinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors T2 über Impulse MOT 1 oder Impulse MOT 2 angesteuert wird in Verbindung mit einem Vorwiderstand R3, dem ein Transistor T3 oder Transistor T4 vorgeschaltet sind in Verbindung mit Steuerwiderständen R6/R7.

4. Elektronische Umschalteinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladekondensator C2 zur Spannungsüberhöhung am Anlaufwiderstand R4 vorgesehen ist.

5. Elektronische Umschalteinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend vom Netzbetrieb eine Schaltdiode D2 an der Basis von T2 liegt, wobei beim Ausfall der Netzspannung der Transistor T2 für einen Sättigungsbetrieb über einen Vorwiderstand R5 und eine Schottkydiode D3 an den Ansteuertransistor T5 des Summers H2 geschaltet ist.

Zeichnung