Kundo 2000 ele-Quarz

 

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Die erste quarzgesteuerte Batterie-Digitaluhr der Welt." So kündigte Kundo im Frühjahr des Jahres 1971, dem "Jahr der Epochenwende" [Graf2008], diese  Uhr an. Kurz zuvor hatte Staiger sein analoges Quarzwerk präsentiert und weitere Vorstellungen und Ankündigungen von Quarzuhren sollten in diesem Jahr noch folgen.

In der Patentanmeldung 2.112.619 vom 17. März 1971 werden die Entwicklungsziele genannt: "Zweck der Erfindung ist es, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Quarzsteuerung für Digitaluhren ... der mittleren Preislage nutzbar zu machen." Wegen der Verbraucherakzeptanz war eine Stromversorgung über Trockenbatterien mit einer Laufzeit von mehr als einem Jahr besonders wichtig. Aus diesem Grunde verbot sich der Antrieb der Uhr über einen Synchronmotor, der eine geringe Zahl von Frequenzteilerstufen für die Quarzfrequenz bedeutet hätte. Man entschied sich wieder für einen intermittierenden Elektromotor, der die Zeitanzeige jede Minute weiterschaltet. Eine solche Uhr mit Unruhgangregler gab es ja bereits im Programm (siehe Kundo 2000). Die Anzahl der notwendigen Frequenzteiler war zwar dementsprechend hoch, doch glücklicherweise gab es gerade Anfang der 1970er Jahre die ersten integrierten CMOS-Schaltungen, die diese Teileverhälnisse auch mit geringem Stromverbrauch realisieren konnten. Diese ICs konnten aber zu diesem Zeitpunkt noch nicht mit den Spannungen einer Trockenzelle (1,2-1,5V) betrieben werden. In der Patentanmeldung ist deshalb eine getrennte Stromversorgung für Quarzoszillator und Frequenzteiler (9V) und Motorantrieb (1,5V) vorgesehen. In der tatsächlich realisierten Schaltung kamen dann zwei Babyzellen (zusammen 3V) zum Einsatz. Diese versorgten direkt den Motor während die Stromversorgung von Quarzoszillator und Frequenzteiler auf 1,8V stabilisiert wurde.

Es musste außerdem eine relativ niedrige Quarzfrequenz gewählt werden, um einerseits den frequenzabhängigen Stromverbrauch von Oszillator und Frequenzteiler niedrig halten zu können und andererseits die Anzahl der benötigten Frequenzteilerstufen zu begrenzen. Man wählte daher eine Quarzfrequenz von 17,4762666kHz und 20 binäre Teilerstufen (Teilerverhältnis 1.048.576:1), um eine Ausgangsfrequenz von 1/60Hz zu erreichen. Lieferant der beiden benötigten CMOS-ICs war RCA.

Die Mechanik der Digitalanzeige wurde 1:1 von der Kundo 2000 Synchron- bzw. Unruhuhr übernommen, eine Weck- oder Terminvorrichtung wurde jedoch nicht implementiert. Es gab auch Überlegungen, eine Sekundenanzeige (über einen Stimmgabelmotor, Patentanmeldung 2.113.927) einzubauen oder den Quarzantrieb auch für die Kundo Magnetpendeluhr zu übernehmen (Patentanmeldung 2.138.386). Meines Wissens nach, kamen diese Ideen aber nicht zum Tragen. Interessant ist noch die ebenfalls nicht realisierte Idee, einen nichtunterbrechenden Batteriewechsel zu ermöglichen, um die Genauigkeit der Quarzanzeige auch bei einem jährlich notwendigen Wechsel der Batterie zu erhalten (Patentanmeldung 2.158.915).

( Quelle Hartmut  Wynen )

Elektronik

Kundo 2000 ele-Quarz Detail der Elektronik 

Der Quarzoszillator besteht aus einem invertierenden Verstärker zwischen den Anschlüssen 11 und 12 der Integrierten Schaltung TA5939. Die Quarzfrequenz wird in der gleichen Schaltung durch 14 Binärteiler reduziert und auf den Eingang der zweiten Integrierten Schaltung TA5938 gegeben. Von den dort vorhandenen 14 Binärteilen werden nur 6 benutzt, so dass bei einer Quarzfrequenz von 17,47626 kHz am Ausgang 4 der Schaltung ein symmetrisches Rechtecksignal mit einer Periode von einer Minute zur Verfügung steht. Ein positiver Impuls am Anschluss 11 des zweiten ICs, setzt die Binärteiler dieses ICs zurück und erlaubt dadurch die sekundengenaue Einstellung der Uhrzeit.

Die negative Flanke des Minutenimpulses steuert über ein RC Glied einen Transistor durch, der daraufhin einen Kondensator von 6,8µF aufläd. Die Ladung reicht aus, einen Motor über eine zweistufige Verstärkerschaltung so lange zu betreiben, bis dieser die Zeitanzeige um eine Minute weitergeschaltet hat. Danach betätigt der Motor einen Endkontakt, der über ein RC Glied und einen weiteren Transistorverstärker den 6,8µF Kondensator schlagartig entläd und damit den Motor stoppt.

Die gesamte Schaltung wird über zwei 1,5V Zellen betrieben. Die beiden ICs und damit der Quarzoszillator und die Teilerstufen, werden über eine Spannungsstabilisierung konstant mit 1,8V versorgt.

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