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Elektronisches Zeitwerk
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Zeitwerk
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Solche elektronischen Zeitwerke sind zum Beispiel als Schaltuhren
bekanntgeworden, die mit sieben Segment-LED-Anzeigevorrichtungen arbeiten. Es ist
möglich, über solche Uhren die laufende Zeit anzuzeigen und eine Weckzeit zu speichern,
wobei bei Gleichheit zwischen der Weckzeit und der angezeigten laufenden Zeit ein
Signal ertönt. Solche Uhren arbeiten mit Impulsspannungsgeneratoren bzw. mit der
Netzfrequenz in Verbindung mit Frequenzteilern beziehungsweise mit einem Zählwerk
für die Netzfrequenz. Die zu speichernde Zeit wird in einem davon unabhängigen Speicher
gespeichert, bei Gleichheit der eingespeicherten Zeit mit der laufenden Zeit wird
über einen Komparator ein Wecksignal ausgelöst. Die Informationsverarbeitung bei
solchen Uhren ist rein digital.
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Die eingangs bezeichneten elektronischen Zeitwerke können nun aber
nicht nur für allgemeine Uhren, sondern auch für besondere Anforderungen verwendet
werden, beispielsweise für Aufladesteuerungen von elektrischen Speichern. Bei solchen
Aufladesteuergeräten ist es notwendig, die Laufzeit für einen Tag, insbesondere
bis zu zweiundzwanzig Stunden, zu messen und als Information abgeben zu können.
Wenn keine besondere Anzeige in Form eines Zeigerwerks oder von sieben Segmentanzeigen
vorhanden ist, ist es schwierig, einer Aufladeautomatik die Zeit zu entnehmen, auf
der das Zeitwerk gerade steht. Andererseits fordern Benutzer eine Ablesemöglichkeit
für die Zeit. Weiterhin ist bei Aufladesteuerungen mitunter nötig; die Zeit auf
einen vorgebbaren Wert zu stellen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein
elektronisches Zeitwerk zu schaffen, das auf bestimmte Zeiten eingestellt werden
kann, wobei bei Zeitgleichheit zwischen der laufenden Zeit und der vorgewählten
Zeit das Zeitwerk in den Normalbetrieb übergeht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung aus den im kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen.
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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Neben- und Unter ansprüche beziehungsweise gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Figur der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt ein
Prinzipschaltbild des Zeitwerks.
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Ein Impulsspannungsgenerator 1 mit einer wählbaren, jedoch konstanten
Frequenz ist über eine Verbindungsleitung 2 mit einem Frequenzteiler 3 verbunden,
dessen Ausgang 4 an einem Pol 5 eines elektronischen Schalters 6 anliegt. Von der
Leitung 2 ist eine Parallelleitung 7 zum anderen Kontakt 8 des als Umschalter ausgebildeten
elektronischen Schalters 6 geführt. Im konkreten Fall besitzt die Impulsspannung
auf der Leitung 2 eine Frequenz von etwa 204 H. Das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers
3 beträgt 1 : 2 Der gemeinsame Pol des elektronischen Schalters 6 ist über eine
Leitung 9 mit einem Impulszähler 10 verbunden. Dieser Zähler hat ein maximales Fassungsvolumen
von 2Æ2, von denen die höchsten acht Bit über parallele Ausgangsleitungen 11 mit
einem Digitalanalogwandler 12 verbunden sind. Das Fassungsvolumen des Zählers 10
ist so gewählt, daß unter Berücksichtigung der Frequenz des Impulsspannungsgenerator
1 und des Teilungsverhältnisses zweiundzwanzig Stunden vergehen, bis der Zähler
von null beginnend voll gezählt ist.
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Ein Ausgang 13 des Digitalanalogwandlers ist mit einem Pol 14 eines
weiteren elektronischen Schalters 15 verbunden, dessen anderer Eingang 16 mit einer
Spannungsquelle 17 verbunden ist. Diese Spannungsquelle 17 kann ein proportional
mit
der Außentemperatur variables Signal zum Inhalt haben.
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Der gemeinsame Punkt 18 des elektronischen Schalters 15 bildet einen
Eingang 19 eines Komparators 20, der über Versorgungsspannungsleitungen 21 und 22
an positive und negative Betriebsspannung angeschlossen ist. Der andere Eingang
23 des Komparators ist mit einem Schleifer 24 eines Potentiometers 25 verbunden,
das einen Spannungsteiler zwischen zwei Punkten 26 und 27 einer Spannungsquelle
darstellt. Dem Schleifer 24 des Potentiometers 25 ist hierbei eine Zeitskala zugeordnet,
die von null bis zweiundzwanzig Stunden reicht. Es ist auch möglich, dem Schleifer
24 des Potentiometers 25 eine Ladegradanzeige zuzuordnen, die sich proportional
mit der Temperatur erstreckt und angibt, wie hoch die einzelnen Speicberheizgeräte
geladen werden sollen.
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Ein Ausgang 28 des Komparators ist an einen Verzweigungspunkt 29 angeschlossen,
an den einerseits eine Parallelschaltung 30 aus zwei antiparallel geschalteten LED
31 und 32 angeschlossen ist. Die Parallelschaltung 30 ist zu einem Verbindungspunkt
33 geführt, an den die Kollektoremitterstrecke eines Transistors 34 angeschlossen
ist, der an seinem anderen Punkt an Masse 35 liegt. Eine Steuerelektrode 36 des
Transistors ist über eine Leitung 37 mit einem Ausgang einer beliebigen Stufe des
Frequenzteilers 3 verbunden.
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Vom Punkt 29 geht eine Leitung 38 ab, die zu einem Eingang 39 einer
bistabilen Kippstufe 40 führt. Der andere Eingang
41 der bistabilen
Kippstufe ist über einen Arbeitskontakt 42 mit positiver Betriebsspannung 43 verbunden.
Ein Ausgang 44 der bistabilen Kippstufe 40 verstellt die Stellung des elektronischen
Schalters 6.
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Von dem Ausgang 13 des Digitalanalogwandlers 12 zweigt eine Leitung
45, die zu einem Verzweigungspunkt 46 führt, an den die beiden Eingänge 47 und 48
zweier Komparatoren 49 und 50 angeschlossen sind. Der Ausgang 51 des Komparators
49 ist über eine Leitung 52 mit dem Rücksetzeingang des Zählers 10 verbunden. Ein
Ausgang 53 des Komparators 50 ist über eine Leitung 54 mit einem Oder-Glied 55 verbunden,
dessen Ausgang 56 mit einem Rücksetzeingang des Frequenzteilers 3 verbunden ist.
Ein anderer Eingang 57 des Oder-Gliedes 55 ist mit einer Signalspannungsquelle 58
verbunden.
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Der andere Eingang 59 des Komparators 49 führt an einen Fußpunkt 60
eines Schalters 61, dessen beiden Polen zwei Spannungsteiler 62 und 63 zugeordnet
sind. Die Spannungsteiler 62 und 63 bestehen aus je zwei Widerständen 64, 65 beziehungsweise
66 und 67, die jeweils in Serie liegen. Die Verbindungspunkte jedes der beiden Paare
der Widerstände sind mit einem Pol des Schalters 61 verbunden. An den Spannungsteilern
liegt eine Referenzspannung 68 jeweils gegen Masse 35. Der andere Eingang 69 des
Komparators 50 ist gleichermaßen an einen Fußpunkt 70 eines Schalters 71 gelegt,
dessen beiden Kontakten gleichermaßen zwei Spannungsteiler 72 und 73 zugeordnet
sind.
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Auch diese beiden Spannungsteiler bestehen aus der Serienschaltung
jeweils
zweier Widerstände 74 und 75 beziehungsweise 76 und 77. Die Verbindungspunkte beider
Widerstände sind jeweils mit den Kontakten des Schalters verbunden. An die Spannungsteile
ist eine Referenzspannungsquelle 78 angeschlossen, die anderen Punkte des Spannungsteilers
liegen jeweils auf Masse 35. Die beiden Schalter 61 und 71 sind Umschaltkontakte.
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Die Funktion der eben beschriebenen Schaltung ist folgende: Es wird
vom Ruhezustand ausgegangen, das heißt, der Zählerstand im Zähler 10 ist null. Betriebsspannung
wird jeweils an die Punkte 43, 35, 68 und 78 gelegt. Sämtliche Bauteile, insbesondere
die Komparatoren, liegen an nicht weiter dargestellten Versorgungsspannungen. Wird
das Zeitwerk zum ersten Mal in Betrieb genommen, so muß das Zeitwerk auf die aktuelle
laufende Zeit eingestellt werden. Die aktuelle laufende Zeit kann von einer beliebigen
dritten Uhr entnommen werden, diese Zeit wird auf den Schleifer 24 des Potentiometers
25 übertragen, der Schleifer wird entsprechend seiner Skala eingestellt. Damit resultiert
über die Leitung 23 auf dem einen Eingang des Komparators 20 ein bestimmter Spannungswert.
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Wird nunmehr der Schalter 42 betätigt, so wird die bistabile Kippstufe
40 gesetzt. Das bedeutet, daß auf der Leitung 44 ein Ausgangssignal erscheint, das
den elektronischen Schalter 6 aus der dargestellten Ruhelage in die Arbeitslage
bringt.
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Hierbei ist die Leitung 2 unter Umgehung des Frequenzteilers 3 unmittelbar
mit der Leitung 9 verbunden. Der laufende Impulsspannungsgenerator 1 gibt somit
direkt auf den Zähler
10 eine Impulsspannung mit der festgelegten
Frequenz. Das bedeutet, daß der Zähler relativ schnell Impulse zählt, die Impulse
werden über die parallel liegende Leitungsschar 11 im Digitalanalogwandler 12 in
einen Spannungswert umgewandelt, dessen Höhe linear proportional mit der verstrichenen
Zeit ist.
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Geht man davon aus, daß die maximal zu messende Zeitdauer des elektronischen
Zeitwerks zweiundzwanzig Stunden ist, und geht man beispielsweise von einem maximalen
Zeitspannungswert auf der Leitung 13 von 22 V aus, so ergibt sich ein Spannungswert
von 1 V/h. Das bedeutet, daß der Spannungswert am Eingang 19 des Komparators 20
sehr schnell ansteigt. Ist dieser Spannungspegel gleich dem über den Schleifer 24
eingestellten Spannungswert, so schaltet der Komparator durch.
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Bevor der Komparator durchgeschaltet hat, liegt an seinem Ausgang
28 über die Leitung 21 positive Betriebsspannung.
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Da der Frequenzteiler 3 im Ruhezustand über die Leitung 56 zurückgesetzt
ist, steht auf seiner Ausgangsleitung 37 H-Potential an, so daß der Transistor 36
sich im leitenden Zustand befindet. Somit fließt vom Massepotential 35 mit etwa
0 V ein Strom über den Transistor, über die LED 31, den Verzweigungspunkt 29, die
Leitung 28 zum negativen Betriebsspannungspol 22 des Komparators 20. Damit leuchtet
die LED 31 auf, und zwar permanent. In dem Moment, in dem der Komparator 20 bei
Gleichheit beider Eingangsspannungen kippt, ist die Spannungsquelle 21 des Komparators
mit der Spannungsversorgung 35 verbunden, so daß nunmehr ein Strom in umgekehrter
Richtung
fließt, aber nunmehr nicht mehr durch die sperrende LED 31, sondern über die leitende
LED 32. Das nunmehr positive Ausgangssignal auf der Leitung 28 setzt über den Eingang
39 die bistabile Kippstufe 40 zurück. Das bedeutet, daß über den Ausgang 44 der
elektronische Schalter 6 in den Ruhezustand zurückgeht. Das bedeutet, daß nun weiter
auftretende Impulse auf der Leitung 2 im Verhältnis 1 : 2 im Teiler 3 geteilt werden,
bis sie in den Zähler 10 gelangen. Das bedeutet, daß nunmehr der Zähler 10 die normale
laufende Zeit zählt und nicht mehr im Schnellauf läuft. Durch den automatischen
Vergleich des eingestellten Zeitsignals mit dem schnell gelassenen Zeitsignal und
die automatische Rücksetzung ist das Anhalten des Schnellauts im Zähler 10 vom Benutzer
unabhängig.
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Es spielt auch keine Rolle, nach welcher Zeit, außer nach dem Startsignal,
der Schalter 42 vom Benutzer wieder losgelassen wird.
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Die Signalspannungsquelle 58 ist ein externes Signal, zum Beispiel
ein über einen Rundsteuerempfänger empfangenes Signal eines Elektrizitätsversorgungsunternehmens
zur Freigabe der Aufladung einer oder mehrerer elektrischer Speicher-Heizgeräte.
Liegt das entsprechende Signal am Eingang 57 des Oder-Glieder 55, gibt das Oder-Glied
auf seinem Ausgang 56 ein Signal an den Frequenzteiler 3, so sagt dieser im eingestellten
Teilungsverhältnis die Impuls spannung des Impulsspannungsgenerators 1 teilen kann.
Wenn der Frequenzteiler
3 arbeitet, erscheint auf der Leitung 37
ein Taktsignal, das bedeutet, daß der Transistor 36 in einem Pulspausenverhältnis
leitend wird, beziehungsweise gesperrt ist. Das bedeutet weiterhin, daß bei angeschlossener
Spannungsquelle 58 die beiden LED 31 und 32 blinken, wovon je nach Zustand des Komparators
20 lediglich eine in Betrieb ist.
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Will der Benutzer nun feststellen, auf welcher aktuellen Zeit das
elektronische Zeitwerk steht, so kann er dies durch Bewegen des Schleifers 24 tun.
Liegt der Schleifer auf einem Zeitwert unterhalb des aktuellen Zeitwertes, so ist
die Spannung auf dem Eingang 23 kleiner als die Spannung auf dem Eingang 19. Das
bedeutet, daß der Komparator 20 nicht durchgeschaltet hat, das bedeutet weiterhin,
daß die LED 31 je nach Anschluß der Signalspannungsquelle 58 blinkt oder nicnt blinkt,
auf jeden Fall aber leuchtet. Liegt der Schleifer 24 auf der Skala auf einem höheren
Zeitwert als dem aktuellen Zeitwert entspricht, ist der Komparator 20 durchgeschaltet,
das bedeutet, daß die LED 32 leuchtet, entweder blinkend oder permanent. Auf der
Lage des Schleifers 24 am übergang zwischen dem Leuchten der einen oder anderen
LED kann somit die laufende Zeit auf der Skala abgelesen werden.
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Es ist unter Umständen notwendig, daß das elektronische Zeitwerk weiterläuft,
selbst wenn das Signal auf der Signalspannungsquelle 58 verschwindet. Das ist notwendig,
wenn eine bestimmte Zeit bereits verstrichen ist. Diese Zeit wird durch einen Spannungswert
an einem der beiden Spannungsteiler 72
oder 73 eingestellt. Im
Ausführungbeispiel kann ein niedrigerer Spannungswert durch die beiden Widerstände
74 und 75 vorgegeben werden, ein höherer durch die Widerstände 76 und 77. Der Zeitwert
des Spannungsteilers 72 möge viereinhalb Stunden entsprechen, der des Spannungsteilers
73 sechs Stunden. Je nach Stellung des Umschalters 71 liegt mithin ein der eingestellten
Zeitdauer proportionaler Spannungswert an dem Eingang 69 des Komparators 50. In
dem Moment, in dem die laufende Zeit, repräsentiert durch den steigenden Spannungspegel
am Ausgang 13 über die Leitungen 45 und 48 am Komparator 50 sich ansteht, kippt
dieser und gibt über die Leitung 54 ein Freigabesignal auf die das Oder-Glied 55,
so daß der Frequenzteiler 3 weiterlaufen kann. Das bedeutet, daß bei einem Zeitwert
unterhalb des niedrigeren Zeitwertes, eingestellt am Spannungsteiler 72 das Zeitwerk
stoppt, wenn die Signalspannungsquelle 58 abgeschaltet wird, beziehungsweise bedeutet
weiterhin, daß nach Erreichen der an den Spannungsteiler 72 und 73 eingestellten
Zeitdauer das Zeitwerk in jedem Fall weiterläuft, weil es quasi in Selbstschaltung
gegangen ist.
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Es besteht aber unter Umständen die Notwendigkeit, nicht Zeiträume
von 22 Stunden auszuzählen, sondern kleinere Zeiträume.
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Für diesen Fall ist es vorgesehen, nicht den gesamten Zähler spielraum
von 2 des Zählers 10 auzunutzen, sondern nur einen geringeren Zählraum. Zu diesem
Zweck wird die maximal zu zählende Zeitdauer an den Spannungsteilern 62 und 63 dadurch
vorgegeben, daß diesen entsprechende Spannungswerte
auf den Schalter
61 vorgegeben werden. Im Ausführungsbeispiel kann über den Spannungsteiler 62 ein
Zeitraum von 14 Stunden, durch den Spannungsteiler 63 ein Zeitraum von 20 Stunden
vorgegeben werden. Diesen Zeiträumen entsprechen Spannungen auf dem Eingang 59 des
Komparators 49. Die aktuelle laufende Zeit beziehungsweise der äquivalente Spannungswert
stehen am Eingang 47 des Komparators 49 an, sind die Spannungswerte gleich, kippt
der Komparator, und über die Leitung 52 wird der Zähler 10 zurückgesetzt.