Elektromagnetisches Schaltwerk zur schrittweisen Weiterschaltung der Fächerwalzen von Anzeigegeräten Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektro magnetisches Schaltwerk zur schrittweisen Weiter schaltung der Fächerwalzen von Anzeigegeräten, ausgenommen für Uhren.
Seit Jahren werden bereits zur sichtbaren Anzeige von Ziffern, Schriften und dergleichen in Fernan zeigegeräten sogenannte Fächerwalzen verwendet, die beispielsweise in automatischen Anzeigegeräten der Ankunft und Abfahrt von Zügen, Flugzeugen usw. in Anzeigegeräten von Börsenwerten u. a. m. An wendung finden.
Bei den mit grossen Drehgeschwindigkeiten betrie benen automatischen Anzeigegeräten werden einpolige Magnetsysteme verwendet, die mit Schrittschaltrelais ausgestattet sind, welche eine lineare Hin- und Her bewegung in eine Drehbewegung der Fächerwalze umzuwandeln haben, wobei mit zunehmender Be schleunigungskraft nicht nur ein geräuschvoller Lauf eintritt, sondern gleichzeitig auch jene Teile einer starken Abnützung unterliegen, die die mechanische Verschiebung durchzuführen haben.
Die hauptsächlichsten Schwierigkeiten beim Betrieb mit hohen Geschwindigkeiten liegen darin, trotz der grossen Beschleunigungskräfte eine sichere schrittweise Weiterschaltung zu gewährleisten und da die Schritt zahl der Fächerwalze der Anzahl der übertragenen elektrischen Impulse entsprechen muss, kann es vor kommen, dass die mit kurzen und raschen Schritten geschaltete Fächerwalze wohl die richtige Schrittzahl ausführt, dass jedoch zufolge der kinetischen Energie der bewegten und sich drehenden Teile beim letzten Schaltschritt die schwingende Bewegung der Walze das Herabfallen eines Fächers verursacht, der erst bei einer folgenden Weiterschaltung hätte herabfallen sollen.
Die neuzeitlichen Bestrebungen gehen immer mehr dahin, verhältnismässig kurze Schaltzeiten, d.h. hohe Schaltgeschwindigkeiten zu verwirklichen, die auch bei Verwendung von Schrittschaltrelais grosser Leistungs fähigkeit nicht erreichbar sind. In manchen An wendungsfällen wird auch die Forderung gestellt, die Schaltgeschwindigkeit von Schritt zu Schritt konstant oder stetig veränderlich in zu- oder abnehmendem Sinn zu wechseln, ohne dass dadurch grosse Kräftever luste entstehen sollen.
Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch einen Statorteil mit einer Spule, welche abwechselnd Strom impulse verschiedener Polarität erhält und durch einen, aus einem scheibenförmigen Permanentmagneten mit mindestens sechs Polen am Umfang bestehenden Drehanker, der mit einer Rückdrehsperre versehen ist, die den Drehanker nach jedem Drehschritt in einer zur Durchführung des folgenden Schrittes günstigen Winkellage hält. Auf diese Weise können jegliche Fehlermöglichkeiten ausgeschaltet werden und man kann in manchen Schaltschritten mit grösserer Kraft als in den anderen arbeiten.
Die beiliegende Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes. Es zeigen: Fig. 1 und la in Ansicht, bzw. im Schnitt ein elektromagnetisches Drehankerschrittschaltwerk, des sen Drehanker mit zehn Polen versehen und dessen Stator-Blechpaket flach angeordnet ist und auf den Drehanker ein positives Ruhemoment ausübt.
Fig. 2 und 2a zeigen ebenfalls in Ansicht und im Schnitt den Statorteil des Schrittschaltwerkes in einer anderen Ausführung, Fig. 3 und 3a veranschaulichen eine zum Schritt schaltwerk nach Fig. 2 gehörende Ausführungsvariante des Drehankers im Schnitt und in Ansicht, Fig. 4-6 zeigen drei verschiedene Ausführungsbei- spiele einer Rückdrehsperre, mittels welcher die Sicher heit der Vorwärtsschaltung vergrössert wird,
Fig. 7 und 7a zeigen ein an der Welle des Drehankers angebrachtes Reibungsschwungrad zur Vergleichmässigung des Laufes und Fig. 8 und 8a veranschaulichen das gesamte elektromagnetische Schrittschaltwerk in Vorder- und Seitenansicht.
Der Statorteil des elektromagnetischen Schritt schaltwerkes besteht gemäss Fig. 1 aus dem Eisenkern 1, der Spule 2 und den Blechpaketen 3, 3'. Der Drehanker ist an der Welle 4 befestigt und weist einen Permanentmagneten 5 aus einem Werkstoff mit hoher Koerzitivkraft auf, der in Richtung der Achse der Welle 4 magnetisiert ist (siehe Fig. la) und an dessen beiden Stirnseiten topfförmige Gebilde 6, bzw. 6' angebracht sind, die somit verschiedene Polarität be sitzen und die Träger von je fünf Polschuhen sind.
Die zueinander umgebogenen Ränder der Teile 6, bzw. 6' sind je mit fünf Ausschnitten versehen, wobei die zwischen diesen gleich grossen und gleichweit am Umfang voneinander entfernten Ausschnitten stehen gebliebenen Randteile die Polschuhe bilden. Aus Fig. 1 geht deutlich hervor, dass die Anordnung derart ge troffen ist, dass jeweils zwischen einem Polschuh N (Nordpol) des einen topfförmigen Teiles 6' ein Pol schuh S (Südpol) des anderen topfförmigen Teiles 6 zu liegen kommt und dass diese Polschuhe am Um fang gleichweit voneinander entfernt sind. Die vom Drehanker ausgehenden magnetischen Kraftlinien treten hierbei fast radial aus den Polschuhen der topfförmigen Teile 6, 6' aus.
Die den Drehanker umgebenden Blechpakete 3, 3' des Statorteiles besitzen ein besonders geformtes Innenprofil und bilden ebenfalls Polschuhe 7, wobei ein Luftspalt t von veränderlicher Grösse entsteht, wie die Fig. 1 deutlich zeigt.
Die Spule 2 wird einmal so erregt, dass sich am Blechpaket 3 ein Südpol und am Blechpaket 3' ein Nordpol ausbildet (Stellung des Drehankers in Fig. 1) während darauffolgend die Erregung der Spule 2 umgekehrt wird, so dass das Blechpaket 3 ein Nord pol und jenes 3' ein Südpol wird.
Jede Erregungsumkehr bewirkt eine Drehung des Drehankers um einen Schritt, wobei die Drehrichtung (siehe Pfeil am Drehanker in Fig. 1) durch die Aus bildung der Polschuhe 7 festgelegt ist, da sich in dieser Richtung der Luftspalt t zwischen den Polschuhen 7 des Statorteiles und den Polschuhen des permanent <U>mag</U> neten Drehankers stetig verringert. Der bei Erregung der Spule 2 vom Statorteil ausgehende Magnetfluss bewirkt auf diese Weise die schrittweise Weiterdrehung des Drehankers, indem er auf diesen - bedingt durch die Form der Polschuhe 7 - ein Drehmoment immer in der gleichen Richtung ausübt.
Das gleiche Ergebnis könnte jedoch offensichtlich auch mit einem symmetrischen Profil der Polschuhe 7 der Blechpakete 3, 3' und entsprechend unsymme trischen Profilen der Polschuhe des Drehankers erzielt werden. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 2a ist der Statorteil des Schrittschaltwerkes in Form zweier gegeneinander angeordneter, die Spule 2 um gebender Töpfe 8, 8' ausgebildet, deren Böden in der Mitte je eine runde Öffnung besitzen, wobei von den Rändern dieser Öffnungen als Polschuhe dienende Teile 9, bzw. 9' nach innen gebogen sind (siehe ins besondere Fig. 2a).
Die Anordnung ist so getroffen, dass diese Polschuhe<B>9,9',</B> welche einander abwechseln, auf einer Zylinderfläche liegen, die den Drehanker umgibt, der in gleicher Weise, wie bereits beschrieben, ausgebildet sein kann.
Die Achse der Spule 2 und des gesamten Stator- teiles fällt hier mit der Drehachse der Welle 4 des Drehankers zusammen.
Der Drehsinn des Drehankers hängt auch hier von der Gestalt der Polschuhe 9 und 9' ab und ist in Fig. 2 mit dem Pfeil f bezeichnet.
Eine besondere Ausbildung des Drehankers, der mit dem Statorteil nach den Fig. 2-2a zusammen arbeiten kann, ist in den Fig. 3 und 3a gezeigt. Der Drehanker besteht hier bloss aus einem Scheiben förmigen Permanentmagnet 10 aus einem Werkstoff mit hoher Koerzitivkraft, ohne Weicheisenpolschuhe. Die Pole sind, wie in Fig. 3a veranschaulicht, durch entsprechende Magnetisierung unmittelbar am Um fang der Scheibe 10 ausgebildet.
In Fig. 3a ist der magnetische Kraftlinienverlauf durch Pfeile ange deutet, wobei die magnetischen Kraftlinien annähernd radial aus dem Umfang der Scheibe 10 austreten.
Um die Betriebssicherheit des erläuterten elektro magnetischen Drehanker-Schrittschaltwerkes bei des sen Verwendung zum Antrieb von Fächerwalzen od. dgl. noch zu erhöhen, können erfindungsgemässe zu sätzliche Hilfsmittel vorgesehen sein.
Eines dieser Hilfsmittel kann aus einer Rück drehsperre bestehen, die ein Schwingen des Drehankers um die magnetische Gleichgewichtslage zufolge der kontinuierlichen und gegenseitigen Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie, sowie eine etwaige Rückdrehung des Ankers - falls er zufolge dieser Schwingungen in einer hierzu günstigen Lage gelangen sollte - verhindert. Diese Rückdrehsperre bewirkt, dass sich der Drehanker nach jedem Dreh schritt in einer Winkellage befindet, die gegenüber der, dem magnetischen Gleichgewicht entsprechenden Winkellage etwas vorgedreht ist, so dass der folgende Drehschritt begünstigt wird.
Eine einfache praktische Ausführung einer der artigen Rückdrehsperre kann, wie in Fig. 4 veran schaulicht, aus einem Sägezahnrad 11 bestehen, dessen Zähne entgegen der gewünschten Drehrichtung ge richtet sind und in die eine Feder 12 einschnappt, wenn sich der Drehanker, an dessen Welle 4 das Zahnrad 11 befestigt ist, am Ende eines jeden Be wegungsschrittes zufolge der kinetischen Energie etwas weiter vordreht.
Ein anderes derartiges Hilfsmittel kann aus einer, ebenfalls an sich bekannten Rückdrehbremse bestehen, wie sie in Fig. 5 schematisch angedeutet ist. Diese Bremse besteht aus einer an der Welle des Drehankers befestigten Scheibe 13, an deren Umfang zwei zy lindrische Rollen 14 anliegen, welche in keilförmigen Zwischenräumen zwischen zwei Schrägflächen 15, bzw. 15' und dem Umfang der Scheibe 13 angeordnet sind und in diesen Zwischenräumen entweder durch Schwerkraft (Rolle 4) oder durch die Wirkung einer Feder 16 (Rolle 14') gehalten werden.
Dreht sich die Scheibe im Uhrzeigersinn (bei der Anordnung der Flächen 15, 15' nach Fig. 5), dann wälzen sich die Rollen einfach am Umfang der Scheibe 13 ab, während sie bei Drehung der Scheibe im umgekehrten Drehsinn in die keilförmigen Zwischenräume hineingezwengt werden und dermassen durch Reibung bremsend auf die Scheibe einwirken.
Eine andere mögliche Ausführungsform einer be kannten Rückdrehbremse ist in Fig. 6 gezeigt und besteht aus einer um die in einem Drehsinn zu bremsende Welle gewickelten Schraubenfeder 17. Eine Rückdrehfeder dieser oder anderer Art braucht nicht unbedingt auf die Welle des Drehankers unmittelbar einwirken, sondern kann auch auf die Welle der Fächerwalze, bzw. auf die Welle eines gegebenenfalls vorgesehenen Zwischenzahnrades einwirken.
Schliesslich kann ein weiteres Hilfsmittel vorge sehen sein, um einen regelmässigen Lauf der Fächer walze, bzw. des Drehankers des Schrittschaltwerkes zu gewährleisten.
Dies kann mit Hilfe eines Reibungsschwungrades 18 gemäss Fig. 7 und 7a erreicht werden, das um die Welle 4 des Drehankers frei drehbar gelagert und mit einem an der Welle angebrachten Teil durch den Druck eine Feder 19 in Reibverbindung gebracht wird.
Das entstehende Reibungsmoment, welches der Drehung des Schwungrades entgegen wirkt, ist etwas geringer als das Drehmoment des Drehankers, so dass zu Beginn eines jeden Schaltschrittes des Drehankers zufolge des Trägheitsmomentes des Schwungrades und des Reibungsmomentes, das Schwungrad 18 nicht sofort die Winkelgeschwindigkeit des Drehankers annimmt, sondern sich verzögert zu drehen beginnt. Wenn der Drehanker sodann am Ende seines Schalt schrittes durch die magnetische Bremskraft angehalten wird, dreht sich das Schwungrad 18 zufolge seiner kinetischen Energie um einen kleinen Winkel weiter und dämpft daher die Rückschwingung des Dreh ankers ab.
In den Fig. 8 und 8a ist die Gesamtanordnung eines erfindungsgemässen, elektromagnetischen Dreh ankers-Schrittschaltwerkes, in einer den Fig. 1-1a ent sprechenden Ausführung, samt Rückdrehsperre mit Zahnrad 11 und Schnappfeder 12 und samt einem Reibungsschwungrad 18 mit zugehöriger Andrück- feder 19 dargestellt.
Auf der Welle des Drehankers sitzt ein Zwischen zahnrad 20, das dazu bestimmt ist, die Fächerwalze anzutreiben.