DE2600487A1 - Elektronische uhr - Google Patents

Description

OH <Ν· OI'L'INS rl. sr. DIPL-'HVh. OR. DI^L.-«HY». HÖGER - STELLRECHT - GRIF.SSBACH - HAECKER

.-; PATENTANWÄLTE IN STUTTSART

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2. Januar 1976

TIMEX Corporation
Waterbury, Conn. o6 72o, USA

Elektronische Uhr

Die Erfindung betrifft eine elektronische Uhr mit einer elektrochromen Anzeigeeinheit, insbesondere zur Anzeige der Uhrzeit in im wesentlichen konventioneller Weise.

In den vergangenen Jahren sind für elektronische Uhren Anzeigen entwickelt worden, bei denen man versuchte, die Bewegung der

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Zeiger von konventionellen Uhren nachzuahmen. Bei derartigen Uhren sind die nachgebildeten Zeiger auf einem Substrat bzw. einer Platte einer Flüssigkristallanzeige ausgebildet. Im einzelnen sind die Minutenzeiger typischerweise auf einem äusseren Kreis ausgebildet, während die Stundenzeiger auf einem inneren Kreis ausgebildet sind, wie dies die US-PSen 3 823 und 3 540 209 zeigen. Ein Nachteil dieser bekannten Uhren besteht darin, dass mit den selektiv ansteuerbaren, elektrisch leitfähigen Elementen, die in festen Stellungen an der Uhr vorgesehen sind, keine Anzeige erzeugt werden kann, bei der der Stundenzeiger und der Minutenzeiger bis zum Mittelpunkt des Zifferblattes reichen oder bei der die Zeiger, wie bei einer konventionellen Uhr, übereinander hinwegwandern.

Der Erfindung liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Uhr anzugeben, die eine Anzeigeeinheit aufweist, bei der vollelektronisch, d.h. ohne bewegliche Teile, die Zeitanzeige wie bei einer konventionellen mechanischen Uhr erfolgen kann.

Diese Aufgabe ist durch eine elektronische Uhr der eingangs beschriebenen Art gelöst, welche gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein erstes Substrat vorgesehen ist, auf dem erste leitfähige, zeigerförmige Bereiche zum Anzeigen der Minuten ausgebildet sind, dass das erste Substrat zumindest oberhalb der ersten leitfähigen Bereiche mit elektrochromem Material beschichtet ist, dass ein zweites Substrat vorgesehen ist, auf dem zweite leitfähige, zeigerförmige Bereiche zum Anzeigen der Stunden ausgebildet sind, dass das zweite Substrat zumindest oberhalb der zweiten leitfähigen

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Bereiche mit elektrochromera Material beschichtet ist, dass ein Gegenelement für die ersten und zweiten leitfähigen Bereiche vorgesehen ist, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat ein Elektrolyt derart dichtend eingeschlossen ist, dass er in elektrischem Kontakt mit der Gegenelektrode und dem elektrochromen Material auf den beiden Substraten steht und dass Steuereinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe selektiv gleichzeitig ein Potential zwischen einem ersten leitfähigen Bereich und der Gegenelektrode sowie zwischen einem zweiten leitfähigen Bereich und der Gegenelektrode anlegbar ist, so dass die Zeitinformation zumindest in Stunden und Minuten anzeigbar ist.

Gemäss der Erfindung erhält man also eine vollelektronische Uhr mit einer Anzeige, bei der die Bewegung des Stundenzeigers und des Minutenzeigers im wesentlichen wie bei einer konventionellen Uhr erscheint. Der Stundenzeiger und der Minutenzeiger reichen dabei vorzugsweise bis zum Mittelpunkt des Zifferblattes und sind auf einander gegenüberliegenden Platten einer elektrochromen Anzeigeeinheit derart ausgebildet, dass eine realistische Nachbildung der übereinander hinweglaufenden Zeiger erhalten wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert und/oder ^ sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine vorbekannte Armbanduhr;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Armbanduhr gemäss der Erfindung;

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Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Anzeigeeinheit der Armbanduhr gemäss Fig. 2;

Fig. 4 ein schematisches Blockdiagrairun der logischen Steuerschaltung zur selektiven Ansteuerung der Anzeigeeinheit der Uhr gemäss Fig. 2 und 3 und

Fig. 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer abgewandelten Anzeigeeinheit für eine Uhr gemäss der Erfindung.

Zur Erleichterung eines besseren Verständnisses der vorliegenden Erfindung soll zunächst eine vorbekannte elektronische Uhr mit einer sogenannten "Analog"-Anzeige erläutert werden, wie sie Fig. 1 zeigt.

Typisch für die bekannte Uhr ist es, dass die der Anzeige der Zeit dienenden Zeiger T, 2' als Elektroden auf einer einzigen Schicht bzw. einem einzigen Substrat ausgebildet sind, d.h. angrenzend an eine Seite einer Flüssigkristallschicht. Die Minutenzeiger 1¹ liegen auf einem äusseren Kreis, während die Stundenzeiger 2' auf einem inneren Kreis liegen.

Die Zeiger 1', 2¹ erscheinen somit in einer Ebene, so dass es nicht möglich ist, dass die Zeiger 1' auf dem äusseren Kreis bis zum Mittelpunkt des Zifferblattes reichen. Ausserdem lässt sich bei dieser Uhr nicht der Eindruck vermitteln, dass die Zeiger 1¹ und 2' in verschiedener Tiefe liegen, und es ist beispielsweise auch nicht möglich, den bei einer mechanischen Uhr üblichen Vorgang zu simulieren, bei welchem sich der Minutenzeiger 1' über den Stundenzeiger 2' hinwegbewegt.

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Aus Fig. 2 der Zeichnung wird deutlich, wie die Zeitanzeige bei einer Uhr gemäss der Erfindung erfolgt. Die Anzeigeeinheit ist vorzugsweise eine elektrochrome Anzeigeeinheit, bei der an sich bekannte Phänomene ausgenutzt werden, wie sie in den US-PSen 3 704 057, 3 708 220 und 3 807 832 beschrieben sind.

Es wird der Effekt ausgenutzt, dass dann, wenn eine Schicht aus einem elektrochromem Material zwischen, auf oder über mindestens einem Paar von Elektroden angeordnet ist und/oder einen Teil davon bildet und wenn zwischen den Elektroden ein Potential angelegt wird, die Reflexions- und Übertragungseigenschaften des Materials für Licht geändert werden. Wenn sich die Elektroden und der elektrochrome Film auf einer Oberfläche einer transparenten Glasplatte befinden, kann die Lichtdurchlässigkeit der Anordnung verändert werden, indem man quer zu dem elektrochromen Material ein elektrisches Feld anlegt, wodurch das Material dunkler wird, so dass die Lichtdurchlässigkeit des Materials beispielsweise im Eereich einer oder mehrerer aktivierter Elektroden verringert wird.

Bei der Anzeigeeinheit bzw. der Uhr gemäss Fig. 2 sind nun zwei derartige Substrate vorgesehen, die beispielsweise aus sogenanntem NESA-Glas bestehen können und auf denen transparente selektiv erregbare Elektroden zur Nachbildung eines Minutenzeigers und eines Stundenzeigers vorgesehen sind. Die der Nachbildung des Minutenzeigers dienenden Elektrod· ,i, die nachstehend der Einfachheit halber als Minutenzeiger 1 bezeichnet werden, sind auf der Innenseite eines oberen Substrats, d.h. eines transparenten Glases, angeordnet, während die der Einfachheit halber als Stundenzeiger 2 bezeichneten Elektroden

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auf der Innenseite eines unteren Substrats angeordnet sind. Die äussere Seite des oberen Substrats kann beispielsweise mit einem Spiegel oder mit reflektierendem Material bedeckt sein oder auch mit einem hellgefärbten undurchsichtigen Material. Die Minuten- und Stundenzeiger 1,2 sind also an den Innenseiten von zwei einander gegenüberliegenden, mit elektrochromem Material bedeckten Platten oder Substraten vorgesehen, derart, dass dann, wenn die Zeiger 1,2 nacheinander betätigt werden, der gleiche optische Eindruck erhalten wird, wie bei einer mechanischen Uhr, d.h. die Zeiger reichen bis zum Mittelpunkt des Zifferblattes und liegen in zwei Ebenen, so dass optisch beispielsweise auch der Eindruck erweckt v/erden kann, als ob der eine Zeiger, beispielsweise der Minutenzeiger 1, über den anderen Zeiger hinwegliefe.

Die Einzelheiten der erfindungsgemässen Anzeigeeinheit werden nachstehend anhand der perspektivischen Explosionsdarstellung gemäss Fig. 3 näher erläutert. Man erkennt, dass ein unteres Substrat 3 vorhanden ist, welches, wie oben erwähnt, beispielsweise aus einem opaken Keramikmaterial oder aus einem transparenten Material, wie NESA-Glas bestehen kann und welches auf seiner Aussenseite mit einer reflektierenden oder einer hellen, opaken Schicht, versehen sein kann. Die Innenseite ist mit einer transparenten leitfähigen Schicht, beispielsweise aus Zinnoxid, derart bedeckt oder belegt, dass sich ein Elektrodenmuster in Form von 12 Stundenzeigern 2 ergibt. Die 12 Stundenzeiger 2 sind elektrisch gegeneinander isoliert und einzeln mittels transparenter Leitungen 4 mit einem "Uhrwerk" zur Erzeugung Von Stundenzeigersignalen verbunden. Auf den Stundenzeigern 2 ist eine Schicht 5 aus elektrochromem Material

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vorgesehen. Die Schicht 5 wird beispielsweise durch Verdampfen von Wolframoxid im Vakuum für eine solche Dauer hergestellt, dass sich die gewünschte Schichtstärke, die beispielsweise im Bereich von etwa 1 ,um liegen kann, ergibt, über dem unteren Substrat 3 und in Kontakt mit dem Rand der Innenseite desselben ist eine erste Dichtung 6 aus elektrisch isolierendem Material in Form eines Ringes bzw. einer Unterlagsscheibe vorgesehen. Über der ersten Dichtung 6 und in Kontakt mit derselben ist eine Gegenelektrode 7, beispielsweise aus Wolfram oder einem anderen geeigneten Material vorgesehen. Die Gegenelektrode könnte aber auch an einem der Substrate vorgesehen und beispielsweise als Wolframring ausserhalb des Gesichtsfeldes ausgebildet sein. Die Gegenelektrode 7 ist so ausgebildet, dass eine elektrische Verbindung bzw. ein Kontakt mit einer leitfähigen Substanz, beispielsweise einem flüssigen, leitfähigen Elektrolyten möglich ist, welcher dichtend in die Anzeigeeinheit 19 eingeschlossen ist. An der Gegenelektrode 7 ist eine elektrische Verbindung 8 vorgesehen, um daran ein elektrisches Potential von dem elektrischen "Uhrwerk" anlegen zu können, über der Gegenelektrode 7 und in Kontakt mit der^- selben ist eine zweite Dichtung 9 vorgesehen, die ähnlich wie die vorstehend beschriebene erste Dichtung 6 ausgebildet sein kann.

An der Innenseite des oberen Substrats 10 sind 60 Elektroden, beispielsweise aus Zinnoxid, vorgesehen, die ein Muster von 60 Minutenzeigern 1 bilden. Die 60 Minutenzeiger 1 sind elektrisch nicht miteinander verbunden, sondern mit Hilfe von. Leitungen 11 einzeln mit dem "Uhrwerk" verbunden, von dem ihnen Minutenzeigersignale zugeführt werden. Auf bzw. über den

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Minutenzeigern 1 ist eine Schicht 12 aus elektrochromem Material, beispielsweise Wolframoxid, abgeschieden. Die beiden Substrate 3,10 sind sandwichartig so angeordnet, dass die Wolframoxidschichten einander zugewandt sind und dass sich aufgrund der als Distanzelemente wirkenden Dichtungen 6,9 und der Gegenelektrode 7 ein Hohlraum ergibt. In dem Hohlraum ist ein leitfähiger Elektrolyt vorgesehen, beispielsweise verdünnte Schwefelsäure. Der Elektrolyt ist transparent und sorgt für eine elektrische Verbindung zwischen der Gegenelektrode 7 und den Schichten 5 und 12 aus elektrochromem Material, so dass das elektrochrome Material beim Betätigen bzw. Aktivieren der Zeiger 1,2 dunkler wird und beispielsweise eine blaue Farbe annimmt.

Die Zeiger 1 und 2 werden durch Anlegen eines Potentials an den jeweils ausgewählten Zeiger und durch Anlegen eines positiven Potentials an die Gegenelektrode 7 nacheinander betätigt, so dass sie sichtbar werden. Die Potentialdifferenz zwischen einem Zeiger und der Gegenelektrode muss dabei nur für eine kurze Zeit» beispielsweise für einen Bruchteil einer Sekunde, aufrechterhalten werden, da das elektrochrome Material der Schichten 5 und 12 in den ausgewählten Bereichen seine dunklere Farbe wie ein Speicher beibehält bis ein Signal entgegengesetzter Polarität zwischen dem aktivierten Zeiger und der Gegenelektrode 7 angelegt wird.

Als elektrochromes Material wird also erfindungsgemäss ein Material verwendet, welches beim Ahlegen eines elektrischen Feldes einer ersten Polarität von einem ersten Zustand,in dem es im wesentlichen transparent ist, in einen zweiten Zustand

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übergeht, in dem es nicht transparent ist, und welches im wesentlichen in diesem zweiten Zustand verbleibt, bis ein elektrisches Feld entgegengesetzter Polarität angelegt wird, um das Material in den .ersten Zustand zurückzuführen.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm des "Uhrwerks" bzw. der Steuereinrichtung in Form einer elektronischen Schaltung, welche dazu dient, an die Anzeigeeinheit unterschiedliche Potentiale anzulegen, um die der Zeitanzeige dienenden Zeiger selektiv zu betätigen. Die elektronische Schaltung zur Steuerung der Anzeigeeinheit besteht im wesentlichen aus einem Frequenznormal 13, einem Frequenzteiler 14, einem Minutenzähler 15, einem Stundenzähler 16, einem Decoder 17 und einer Treiberschaltung 18. Da Schaltungen mit diesen Funktionen der Fachwelt bekannt und beispielsweise in der US-PS 3 754 392 beschrieben sind, soll auf eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Baueinheiten im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verzichtet werden.

Es soll lediglich kurz festgehalten werden, dass das Frequenznormal 13 ein Quarzkristalloszillator mit einer Ausgangsfrequenz von f Hz ist, die einer Reihe von Teilerschaltungen 14 zugeführt wird. Eine geeignete Teilerschaltung ist beispielsweise eine Flip-Flop-Zählschaltung mit niedrigem Leistungsbe-< darf, welche durch zwei teilt. Derartige Flip-Flop-Schaltungen sind als Zähler hintereinander geschaltet und liefern ein elektrisches Ausgangssignal einer vorgegebenen Frequenz, beispielsweise mit der Normalfrequenz von einem Impuls pro Minute. Dieses Ausgangssignal wird Ringzählern 15, 16 zugeführt, die die Anzahl der empfangenen Impulse als Binärzahl speichern, wobei der Minutenzähler 15 über Ausgangsleitungen 19 ein sechs-

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stelliges binäres Zählsignal abgibt, während der Stundenzähler 16 über Ausgangsleitungen 20 ein vierstelliges binäres Zählsignal abgibt. Diese Zählsignale werden dem Decoder 17 und dann der Treiberschaltung 19 zugeführt, um die Zeiger 1, 2 der Anzeigeeinheit selektiv anzusteuern, welche somit eine dem Zählerstand der Zähler 15 und 16 entsprechende Anzeige liefert. Die Treiberstufe 18 liefert grundsätzlich ein Ansteuerungspotential zwischen dem gewünschten Zeiger und der Gegenelektrode 7. Beispielsweise wird mit Hilfe einer elektronischen Schalteanordnung, welche einen Polaritätswechsel der Gleichspannung ermöglicht, über die metallischen Leitungen 4,8,11 eine Gleichspannungsquelle zwischen einem leitfähigen Zeiger und der Gegenelektrode 7 angelegt. Auf diese Weise kann an einen ausgewählten Zeiger ein Betätigungspotential angelegt werden, so dass dieser sichtbar wird. Das Betätigungspotential wird zwischen dem ausgewählten Zeiger und der Gegenelektrode nur für einen kurzen Bruchteil der Anzeigedauer angelegt, da die Färbung des elektrochromen Materials erhalten bleibt, bis ein Potential (Verblassungs- oder Löschpotential) entgegengesetzter Polarität angelegt wird. Bei einem Wechsel des Zählerstandes des Minutenzählers 15 oder des Stundenzählers 16 wird der zuvor angesteuerte Minutenzeiger 1 bzw. Stundenzeiger 2 mit dem Löschpotential angesteuert, und es erfolgt eine Ansteuerung des bzw. der Zeiger, die dem nunmehr rechten binären Zählergebnis entsprechen.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer abgewandelten Form einer Anzeigeeinheit gemäss der Erfindung. Die Anzeigeeinheit gemäss Fig. 5 ist der elektrochromen Anzeige-

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einheit gemäss Fig. 3 ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Gegenelektrode 22 beispielsweise durch Aufsprühen aus der Schmelze oder durch Aufdampfen auf einem der Substrate ausgebildet ist, beispielsweise auf dem unteren Substrat 3, auf dem auch die Stundenzeiger 2 ausgebildet sind. Die Gegenelektrode 22 ist beispielsweise rund um die Stundenzeiger 2 herum an der Innenseite des unteren Substrats 3 vorgesehen, derart, dass sie in Kontakt mit einem flüssigen Elektrolyten steht, welcher in einem Hohlraum eingeschlossen ist, der durch die sandwichförmige Anordnung einer Dichtung 21 zwischen den beiden Substraten 3 und 10 begrenzt wird. Die Gegenelektrode 22 ist auf dem Substrat 3 derart angebracht, dass sie keinen Teil der sichtbaren Anzeige bildet. Die Gegenelektrode ist beispielsweise ausserhalb des sichtbaren Anzeigebereichs angeordnet. Die Elektroden, welche die Stundenzeiger 2 und die Minutenzeiger 1 bilden, sind wieder mit einer Schicht 12 bzw. 5 aus elektrochromem Material bedeckt.

Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass dem Fachmann zahlreiche Möglichkeiten zur Verfügung stehen, ausgehend von diesen Ausführun,gsbeispielen Änderungen vorzunehmen, ohne dass er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste. Insbesondere besteht die Möglichkeit, den Grundgedanken"der Erfindung auch für die Anzeige von Sekunden anzuwenden.

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   Patentansprüche :

   Elektronische Uhr mit einer elektrochromen Anzeigeeinheit, insbesondere zur Anzeige der Uhrzeit in im wesentlichen konventioneller Weise, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Substrat (10) vorgesehen ist, auf dem erste leitfähige, zeigerförmige Bereiche (1) zum Anzeigen der Minuten ausgebildet sind, dass das erste Substrat (10) zumindest oberhalb der ersten leitfähigen Bereiche (1) mit elektrochromem Material (12) beschichtet ist, dass ein zweites Substrat (3) vorgesehen ist, auf dem zweite leitfähige, zeigerförmige Bereiche (2) zum Anzeigen der Stunden ausgebildet sind, dass das zweite Substrat (3) zumindest oberhalb der zweiten leitfähigen Bereiche (2) mit elektrochromem Material (5) beschichtet ist, dass eine Gegenelektrode (7,22) für die ersten und zweiten leitfähigen Bereiche (1,2) vorgesehen ist, dass zwischen dem ersten (10) und dem zweiten Substrat (3) ein Elektrolyt derart dichtend eingeschlossen ist, dass er in elektrischem Kontakt mit der Gegenelektrode (7,22) und dem elektrochromem Material (5,12) auf den beiden Substraten (3,10) steht, und dass Steuereinrichtungen (13 bis 20) vorgesehen sind, mit deren Hilfe selektiv gleichzeitig ein Potential zwischen einem ersten leitfähigen Bereich (1) und der Gegenelektrode (7,22) sowie zwischen einem zweiten leitfähigen Bereich (2) und der Gegenelektrode (7,22) anlegbar ist, so dass die Zeitinformation zumindest in Stunden und Minuten anzeigbar ist.

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   2. Uhr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ersten leitfähigen Bereiche zum Anzeigen der Minuten nicht grosser als 60 ist und vorzugsweise genau 60 beträgt und dass mindestens 12 und vorzugsweise genau 12 zweite leitfähige Bereiche (2) zum Anzeigen der Stunden vorgesehen sind.
3. 3. Uhr nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten leitfähigen Bereiche (2) zum Anzeigen der Stunden im wesentlichen bis zum Mittelpunkt der Anzeigeeinheit reichen.
4. 4. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (7,22) in Umfangsrichtung um den sichtbaren Teil der Anzeigeeinheit herum angeordnet ist.
5. 5. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (22) auf einem der Substrate (3) vorgesehen ist.
6. 6. Uhr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (22) rund um die zweiten leitfähigen Bereiche (2) zur Anzeige der Stunden angeordnet ist.
7. 7. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (7) zwischen dem ersten (10) und dem zweiten Substrat (3) angeordnet ist und gegenüber diesen durch Isolationen (Dichtungen 6,9) isoliert ist.

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8. 8. Uhr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Isolation (Dichtungen 6,9) zwischen jedem Substrat (3,10) und der Gegenelektrode (7) vorgesehen ist.. .
9. 9. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode gegenüber den ersten und zweiten leitfähigen Bereichen (1,2) isoliert ist.
10. 10. Uhr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (13 bis 18) einen Oszillator (13) aufweisen, der ein Ausgangssignal vorgegebener Frequenz liefert, dass von dem Oszillator gesteuerte Einrichtungen (14 bis 18) vorgesehen sind, um elektrische Signale zu erzeugen, welche eine Zeitinformation darstellen und dass elektrische Verbindungen (Leitungen 4,8,11) vorgesehen sind, um die die Zeitinformation darstellenden elektrischen Signale den ersten und zweiten leitfähigen Bereichen (1,2) und der Gegenelektrode (7,22) zuzuführen und damit die ersten und zweiten leitfähigen Bereiche (1,2) zur Anzeige der Zeitinformation selektiv zu aktivieren.

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