Solarbetriebene Funkuhr

Abstract

 Bei einer solarbetriebenen Uhr kann es vor endgültigem Absinken der Betriebsspannung unter den Abschaltpegel zu einer Fehlanzeige kommen, weil nicht mehr jeder Impuls für den elektromechanischen Wandler zur Anzeige-Fortschaltung ausreicht, da die Belastung des Impulses zu einem sehr kurzzeitigen Zusammenbruch der schon kritisch abgesunkenen Betriebsspannung aus dem Solarzellen-Pufferspeicher führt. Bei einer solarbetriebenen Funkuhr führt erfindungsgemäß die von einem Schrittwächter festgestellte Unterbrechung bzw. Verkürzung eines Antriebsimpulses für die zeithaltende Zeigerbewegung zur Auslösung eines Resetkommandos, um den Empfänger der Funkuhr einzuschalten und über die Funkuhren-Prozessorsteuerung dadurch die Zeigerstellung automatisch auf die aus dem aktuellen Zeittelegramm dekodierte absolute Zeit zu korrigieren.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine solarbetriebene Funkuhr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Eine derartige Funkuhr ist aus der EP-A-0 208 986 bekannt. Darin ist die Abfrage des Energiespeichers für die fotovoltaisch generierten elektrischen Ladungen auf zwei unterschiedliche Pegel beschrieben, um bei ansteigender Speicherspannung zu Betriebsbeginn zunächst nur die für den Start funktiosnotwendigen Verbraucher in Betrieb zu setzen. Die übrigen Verbraucher werden dann erst zugeschaltet, wenn der Speicher infolge weiterer Nachladung ein höheres Energieniveau erreicht hat. Dadurch wird sichergestellt, daß nicht gleich zu Beginn des Spannungsanstiegs am Speicher eine Überlastung mit der Folge des Spannungszusammenbruches eintritt, weil sonst der gerade anlaufende Betrieb ohne Erreichen eines stationären Betriebszustandes gleich wieder abgeschaltet werden würde. Zu den bei Betriebsbeginn notwendigen Funktionen für das Erreichen eines schließlich stationären Betriebszustandes der Uhr gehören die Arbeit des Prozessors und des Empfängers einer Funkuhr der Gattung, wie sie etwa in der EP-B 0 180 880 näher beschrieben ist. Die Zeigerstandserkennung der Funkuhr führt zur automatischen Korrektur der Zeigerstellung, sobald über Funk eine gültige aktuelle Zeitinformation empfangen und im Prozessor dekodiert werden konnte. Der Konsument braucht also für den Betriebsbeginn keinerlei Handhabungen zu verrichten: Sobald genügend Lichtenergie für einen ausreichenden Ladezustand des Speichers vorliegt, setzt die Uhr sich selbsttätig in Betrieb und stellt sich schließlich automatisch auf die korrekte Zeitanzeige ein.

[0003] Problematisch ist jedoch, daß gegen Betriebsende eine zunächst unauffällige und dann langsam anwachsende Zeiger-Fehlanzeige auftreten kann. Das ist nicht akzeptabel für eine Funkuhr, die als die genaueste aller denkbaren Konsumuhren beworben wird und sich wegen eben dieser Genauigkeit - sowie wegen fehlender Bedienungserfordernisse - großer Akzeptanz am Markt erfreut. Vorliegender Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, solche Fehlanzeigen zu vermeiden, die auftreten, wenn gegen Betriebsende die im Speicher noch enthaltene Energie zwar für den gesondert gepufferten Betrieb eines Prozessors zur elektrooptischen Anzeigesteuerung noch ausreicht, aber nicht für den zuverlässigen Betrieb des elektromechanischen Wandlers für eine zeithaltende Zeigerbewegung. Letzteres ist nämlich nicht mehr gewährleistet, wenn bei kritisch abgesunkener Speicherspannung der Antriebsimpuls für die Motorbewegung zwar einsetzt, aber dann doch nicht über seine voll vorgegebene Länge ansteht, sondern infolge der elektrischen Belastung des schon fast entladenen Speichers zum vorübergehenden Zusammenbruch der Restspannung führt. Die Folge ist, daß keiner der dadurch auftretenden wenigstens zwei kürzeren Teilimpulse für den Betrieb des Motors ausreichende Energie liefert. Die übrigen unmittelbar vom Prozessor initiierten, insbesondere elektrooptischen, Funktionen wie die fortlaufende digitale Sekundendarstellung in einem Display werden aber letztlich ungestört fortgeschrieben, so daß gegen Betriebsende die tatsächliche Zeigerstellung zunehmend gegenüber anderweitig angezeigten zeitabgeleiteten Informationen, und natürlich auch gegenüber dem tatsächlichen Zeitablauf zurückbleibt. Nicht weniger funktionskritisch ist die Eilgang-Antriebsphase, um die Zeiger rasch in eine bestimmte Winkelstellung zu verschwenken (vgl. EP-B 0 180 155), vor allein im Zuge der zu Betriebsbeginn und dann von Zeit zu Zeit für eine etwa notwendige Zeigerstellungskorrektur automatisch ausgelösten Zeigerstellungskontrolle anhand der über Funk ermittelten Zeit. Denn die beim Korrekturlauf auftretende hohe Schrittgeschwindigkeit mit entsprechend erhöhter dynamischer Belastung des Schrittmotors durch das Trägheitsmoment des Uhrwerksgetriebes stellt eine extreme Beanspruchung der Energiequelle und des Antriebssystemes dar, weshalb nun die Gefahr des Verlustes eines Motorschrittes besonders groß ist. Wenn nicht mit jedem Schrittimpuls auch tatsächlich ein Motorschritt ausgeführt wird - und auch bei unterbrochenen Motorimpulsen - , stimmt das Ergebnis der Motor-Antriebsimpulszählung nicht mehr mit der tatsächlich ausgeführten Schrittzahl überein, so daß die Zeiger nicht mehr in die durch die erforderliche Schrittzahl vorgegebene Winkelstellung gedreht werden und folglich falsch anzeigen.

[0004] Die Aufgabe, hier Abhilfe zu schaffen, ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Betriebsschaltung mit einem sogenannten Schrittwächter vorgesehen wird, der wenigstens einen Teil-Neustart und bevorzugt einen Prozessor-Reset auslöst, wenn ein Antriebsimpuls auftritt, der nicht mehr den notwendigen Energieinhalt für die Schritt-Ansteuerung des elektromechanischen Wandlers enthält.

[0005] Die Funktion dieses hier erfindungsgemäß vorgesehenen Schrittwächters entspricht also nicht derjenigen einer Kontroll- und Steuerschaltung, die zur Minimierung des Stromverbrauches eines Uhren-Schrittmotors vorbekannt ist und darauf beruht, den Schrittimpuls zur Ansteuerung des elektromotorischen Wandlers sukzessive zu verkürzen - bis er für den Schrittbetrieb nicht mehr ausreicht und deshalb nach Einfügen eines energiereichen Korrekturimpulses wieder verlängert wird, wobei die Tatsache, ob ein Motorschritt korrekt ausgeführt wurde, nach dem Stande der Technik gewöhnlich mittels einer elektrodynamischen Schaltung induktiv erfaßt wird.

[0006] Der erfindungsgemäß eingesetzte Schrittwächter dagegen verhindert eine Fehlanzeige, indem wenigstens wesentliche Teile einer Funkuhr abgeschaltet und neu gestartet werden. Dabei wird insbesondere auch der Empfänger zum Gewinnen eines aktuellen Zeittelegrammes eingeschaltet, um die Zeiger dann in die nun zutreffende Winkelstellung zu drehen - wenn die gespeicherte Betriebsspannung bis dahin nicht endgültig soweit abgesunken ist, daß gar keine neue Inbetriebnahme der Funkuhr mehr erfolgen kann (ehe nicht der Speicher aus seiner fotovoltaischen Zelle erneut bis über die kritische Betriebseinsatz-Spannungsschwelle nachgeladen ist).

[0007] Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1

im Blockschaltbild eine solarbetriebene Funkuhr mit Realisierung der erfindungsgemäßen Betriebsabschaltung und

Fig. 2

(2a bis 2d) das Verhalten der Betriebsabschaltung in Abhängigkeit von der Impulsform der Motoransteuerung.

[0008] Die in Fig. 1 blockschaltmäßig vereinfacht skizzierte solarbetriebene Funkuhr 11 der eingangs näher definierten Gattung ist mit einer elektromechanischen Zeitanzeige 12 etwa in Form von Ziffernklappen oder bevorzugt von Zeigern 13 ausgestattet. Die Zeiger 13 werden zeithaltend aus einem Prozessor 14 oder einer gesonderten, vorzugsweise quarzstabilisierten, Uhrenschaltung über wenigstens einen elektromechanischen Wandler 15, insbesondere einen Schrittmotor, und das Getrieberädersystems des Zeigerwerkes 16 bewegt. Die Ansteuerung des Wandlers 15 mit Antriebsimpulsen 17 (Fig. 2a) erfolgt üblicherweise über eine etwa als aktives Brückennetzwerk ausgelegte Treiberschaltung 18.

[0009] Zur eingangs schon erwähnten Überwachung und erforderlichenfalls zur Korrektur der Zeitanzeige 12 wird vom Prozessor 14 bei Betriebsbeginn und danach von Zeit zu Zeit ein Empfänger 19 vorübergehend eingeschaltet, der eine kodierte absolute Zeitinformation empfängt und als demoduliertes Telegramm 20 zur Dekodierung an den Prozessor 14 liefert. Die im Prozessor 14 durch Dekodierung gewonnene absolute Zeitinformation wird (ebenfalls im Prozessor 14) mit der momentanen Stellung der Zeiger 13 verglichen, um erforderlichenfalls - also zusätzlich zur zeithaltenden Periodizität der regulären Antriebsimpulse 17 - Korrektur-Antriebsimpulse an den Wandler 15 zu liefern. Eine Zeigerstandskontrollschaltung, die vorzugsweise auf einer Lichtschrankenabfrage bestimmter Räderstellungen im Zeigerwerk 16 beruht (vgl. EP-A 0 529 390), läßt den Prozessor 14 den jeweiligen Durchgang der Zeiger 13 durch eine Referenzstellung erkennen und danach die weiterhin erfolgenden Antriebsimpulse 17 mitzählen, bis die Zeiger 13 in korrekter Winkelstellung bezüglich der über Funk übermittelten absoluten Zeit stehen.

[0010] Dieser funkgestützte Betrieb der Uhr 11 erfolgt aus einem chemischen oder physikalischen Ladungsenergie-Speicher 21, der aus einer fotovoltaischen Zelle 22 (landläufig als Solarzelle bezeichnet) nachgeladen wird. Eine auch als Solarmanager zu bezeichnende Betriebssteuerung 23 stellt sicher, daß der Speicher 21 einerseits nicht aus der Zelle 22 überladen und andererseits nicht von den Verbrauchern der Funkuhr 11 unter einen betriebskritischen Spannungspegel entladen wird. In diesen, Zusammenhang kann die Betriebssteuerung 23 auch die Aufgabe erfüllen, über den Prozessor 14 zu Betriebsbeginn nur die funktionswesentlichen Verbraucher an den Speicher 21 zu schalten, damit dessen noch nicht auf volle Betriebshöhe angestiegene Spannung nicht infolge hoher Belastung gleich wieder unter die Betriebsgrenze absinkt, wie in der EP-B 0 208 986 näher beschrieben. Außerdem oder zusätzlich kann die Betriebssteuerung 23 gemäß EP-B 0 285 838 auch dafür sorgen, daß je nach den Betriebsbedingungen verzichtbare Verbraucher zur Schonung des Speichers 21 vorübergehend abgeschaltet werden. Das betrifft insbesondere die Nachtzeit, wenn also in der Dunkelheit kein Nachladen des Speichers 21 aus der Zelle 22 erfolgt, weshalb Funktionen abgeschaltet werden können, die nachts ohnehin nur stören oder praktisch nicht zur Geltung gelangen würden - wie etwa ein Stundengong oder die nachts ohnehin nicht ablesbare Zeitanzeige 12 der Zeiger 13 bzw. im Display 24. Wenn dann etwa nach Lichteinstrahlung am kommenden Morgen die Ladesituation des Speichers 21 sich hinreichend aufgebessert hat, wird von der Betriebssteuerung 23 die Teilfunktionen-Sperre wieder aufgehoben und insbesondere der Empfänger 19 eingeschaltet, um in der vorstehend beschriebenen Weise die Stellung der Zeiger 13 wieder in Einklang mit der aktuell gegebenen Zeit zu bringen.

[0011] Als problematisch hat es sich aber herausgestellt, daß bei stark abgesunkenem Ladezustand des Speichers 21, also kurz vor Betriebsende, Fehlstellungen der Zeiger 13 auftreten können, die nicht sofort, sondern erst beim nächsten Zeigerdurchgang durch eine Referenzstellung im Zeigerwerk 16 erkannt und korrigiert werden können. Eine derartige, wenn auch dein flüchtigen Betrachter zunächst kaum auffallende, Fehlanzeige ist für das Image der extremen Präzision einer Konsum-Funkuhr 11 aber nicht hinnehmbar.

[0012] Es hat sich gezeigt, daß solche Fehlanzeige dadurch auftritt, daß die momentane Belastung des fast entladenen Speichers 21 durch einen Antriebsimpuls 17 (Fig. 2a) vorübergehend und so kurzzeitig zum Zusammenbruch der Speicherspannung führt, daß zwar der betriebsseitig mit einem Puffer 30 ausgestattete Prozessor 14 ununterbrochen weiterarbeitet, während aber der Antriebsimpuls 17 zu zwei aufeinanderfolgenden Teilimpulsen 17' und 17'' (Fig. 2c) unterbrochen wird. Von denen reicht keiner energetisch aus, um den Wandler 15 mit seiner Belastung durch das Zeigerwerk 16 um einen Schritt weiter zu bewegen. Das bedeutet, daß die Funkuhr 11 gegenüber der fortschreitenden absoluten Zeit sowie gegenüber der im Display 24 elektrooptisch angezeigten Zeitinformation jedesmal einen Schritt verliert, also eine zunehmende Fehlanzeige liefert. Das ist nicht hinnehmbar, zumal die zunächst visuell kaum erkennbare Fehlanzeige sich mit Ausfall weiterer Motorschritte vergrößert, obgleich die Funkuhr 11 seitens der vom Prozessor 14 (aber nicht über den Wandler 15) gesteuerten Informationen korrekt weiterarbeitet.

[0013] Um diese Fehlfunktion abzufangen, ist gemäß vorliegender Erfindung ein Schrittwächter 25 vorgesehen, der wie in Fig. 1 skizziert gesondert, aber auch im Rahmen der Funktionalität des Prozessors 14, realisiert sein kann. Dieser Schrittwächter 25 wird von der Anfangsflanke 26 eines jeden Schrittimpulses 17, zweckmäßigerweise um eine fest vorgegebene Spanne v verzögert, zum Generieren eines Kontrollfensters 27 der Torlänge t (mit v+t < T gemäß Fig. 2 a/b) initiiert. Die ist beendet, ehe die Impulsdauer T des Antriebsimpulses 17 (von typisch z. B. 8 Millisekunden Länge bei gängigen Kleinuhren-Schrittmotoren als den Wandern 15) abgelaufen ist. Wenn innerhalb des Fensters 27, also vor Ende der Torlänge t (Fig. 2b), eine Endflanke 28 auftritt (Fig. 2c), dann hat der Antriebsimpuls 17 nicht den Energieinhalt gemäß seiner kontinuierlichen Impulsdauer T (Fig. 2a), sondern er ist zumindest unterbrochen - nämlich infolge vorübergehenden Zusammenbruches der Betriebsspannung, also infolge momentanen Unterschreitens des betriebsnotwendigen Pegels am Speicher 21. Deshalb kann weder die Summe noch gar jeder einzelne der zerhackten Impulse 17'+17'' noch zu einer korrekten Schrittbewegung des Motors 15 führen. In diesem Falle liefert der Schrittwächter 25 ein Resetkommando 29 (Fig. 2d) an den Prozessor 14. Das führt zum Initiieren eines Neustarts mit Korrektur der Zeitanzeigen der Funkuhr 11 wie vorstehend beschrieben; welcher aber tatsächlich nun nur dann durchgeführt wird, wenn die Leistungsreserve des Speichers 21 dafür noch ausreicht. Andernfalls bleibt die Funkuhr 11 durch die von der Speicherspannung abhängige Betriebssteuerung 23 abgeschaltet, bis diese aufgrund hinreichenden Ladungsanstiegs im Speicher 21 wieder einen Neustart initiiert.

[0014] So ist sichergestellt, daß bei einer fehlerhaften Zeitanzeige 12, die auf unzureichend gewordene Energiereserve für den Betrieb des Wandlers 15 zurückgeht, kein fehlerbehafteter Betrieb einsetzt, sondern die Funkuhr 11 zur Anzeigesynchronisation neu gestartet bzw. (bei entladenem Speicher 21) ganz abgeschaltet wird.

[0015] Bei einer solarbetriebenen Uhr kann es also vor endgültigem Absinken der Betriebsspannung unter den Abschaltpegel zu einer Fehlanzeige kommen, weil nicht mehr jeder Impuls 17 für den elektromechanischen Wandler 15 zur Anzeige-Fortschaltung ausreicht, da die Belastung durch den Impuls zu einem wenigstens kurzzeitigen Zusammenbruch der schon kritisch abgesunkenen Betriebsspannung aus dem Solarzellen-Pufferspeicher 21 führt. Bei einer solarbetriebenen Funkuhr 11 führt deshalb erfindungsgemäß die von einem Schrittwächter 25 festgestellte Unterbrechung bzw. Verkürzung eines Antriebsimpulses 17 für die zeithaltende Zeigerbewegung zur Auslösung eines Resetkommandos 29, um den Empfänger 19 der Funkuhr 11 einzuschalten und über die Funkuhren-Prozessorsteuerung dadurch die Zeigerstellung automatisch auf die aus dem aktuellen Zeittelegramm dekodierte absolute Zeit zu korrigieren.

Ansprüche

1. Solarbetriebene Funkuhr (11) mit Energiespeicher (21) für u.a. den Betrieb eines elektromechanischen Wandlers (15) zur Zeitanzeige (12)
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schrittwächter (25) vorgesehen ist, der bei - infolge unzureichenden Ladezustandes des Energiespeichers (21) - verkürztem oder unterbrochenem Antriebsimpuls (17) einen wenigstens teilweisen Neustart der Funkuhr (11) auslöst.

2. Funkuhr nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrittwächter (25) ein Resetkommando (29) an einen Prozessor (14) für den Betrieb der Zeitanzeige (12) und des Funkuhren-Empfängers (19) liefert, wenn vor Ablauf eines - in Abhängigkeit vom Einsetzen eines Antriebsimpulses (17) gestarteten - Kontrollfensters (27) eine Endflanke (23) des Antriebsimpulses (17) auftritt.

3. Funkuhr nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrittwächter (25) ein - um eine vorgegebene zeitliche Spanne (v) gegenüber der Anfangsflanke (26) eines Antriebsimpulses (17) - verzögerte Torlänge (t) startet, wobei die Summe aus Verzögerungs-Spanne (v) und Torlänge (t) kleiner als die reguläre Impulsdauer (T) des Antriebsimpulses (17) ist.

Zeichnung