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.
Electromagnetic switching mechanism for step-by-step switching of the fan rollers of display devices The present invention relates to an electromagnetic switching mechanism for step-by-step switching of the fan rollers of display devices, except for watches.
For years, so-called fan rollers are used for the visible display of digits, fonts and the like in Fernan display devices, for example, in automatic display devices of the arrival and departure of trains, planes, etc. in display devices of stock market values and. a. m. Find application.
In the case of the automatic display devices operated at high rotational speeds, single-pole magnet systems are used, which are equipped with stepping relays, which have to convert a linear back and forth movement into a rotary movement of the fan roller, whereby with increasing acceleration force not only a noisy run occurs, but simultaneously those parts that have to perform the mechanical displacement are also subject to severe wear.
The main difficulties when operating at high speeds are to ensure a safe step-by-step indexing despite the large acceleration forces, and since the number of steps of the fan roller must correspond to the number of transmitted electrical impulses, it can happen that the steps switched with short and rapid steps Fan roller probably carries out the correct number of steps, but that due to the kinetic energy of the moving and rotating parts in the last switching step, the oscillating movement of the roller causes a fan to fall, which should only have fallen when it was switched on.
The modern endeavors go more and more towards relatively short switching times, i.e. to achieve high switching speeds that are not achievable even when using stepping relays with high performance. In some application cases, the requirement is also made to change the switching speed from step to step, constantly or constantly changing in an increasing or decreasing sense, without causing great loss of strength.
This is achieved according to the invention by a stator part with a coil, which alternately receives current pulses of different polarity and by a rotating armature consisting of a disk-shaped permanent magnet with at least six poles on the circumference, which is provided with a reverse rotation lock, which the rotating armature after each rotation step in one holds a favorable angular position to carry out the following step. In this way, any possible errors can be eliminated and you can work with greater force in some switching steps than in the others.
The accompanying drawing shows examples of embodiments of the subject matter of the invention. They show: Fig. 1 and la in view, or in section, an electromagnetic rotary armature stepping mechanism, the sen rotary armature is provided with ten poles and the stator laminated core is arranged flat and exerts a positive rest torque on the rotary armature.
2 and 2a also show a view and section of the stator part of the indexing mechanism in a different embodiment, FIGS. 3 and 3a illustrate a variant of the rotary armature belonging to the indexing mechanism according to FIG. 2 in section and in elevation, FIGS. 4-6 show three different embodiments of a reverse rotation lock, by means of which the safety of the forward shift is increased,
7 and 7a show a friction flywheel attached to the shaft of the rotating armature for smoothing the run and FIGS. 8 and 8a illustrate the entire electromagnetic stepping mechanism in front and side views.
According to FIG. 1, the stator part of the electromagnetic stepping mechanism consists of the iron core 1, the coil 2 and the laminated cores 3, 3 '. The rotating armature is attached to the shaft 4 and has a permanent magnet 5 made of a material with a high coercive force, which is magnetized in the direction of the axis of the shaft 4 (see Fig. La) and on its two end faces pot-shaped structures 6 or 6 ' are attached, which thus sit different polarity and are the carriers of five pole pieces.
The edges of the parts 6 and 6 'bent towards one another are each provided with five cutouts, the edge parts remaining between these cutouts of the same size and equidistant from one another on the circumference forming the pole shoes. From Fig. 1 it is clear that the arrangement is made such that a pole shoe S (south pole) of the other cup-shaped part 6 comes to rest between a pole shoe N (north pole) of a cup-shaped part 6 'and that these pole shoes at the perimeter are equidistant from each other. The magnetic lines of force emanating from the armature emerge almost radially from the pole pieces of the cup-shaped parts 6, 6 '.
The laminated cores 3, 3 'of the stator part surrounding the rotating armature have a specially shaped inner profile and also form pole shoes 7, an air gap t of variable size being created, as FIG. 1 clearly shows.
The coil 2 is excited once so that a south pole is formed on the laminated core 3 and a north pole is formed on the laminated core 3 '(position of the rotating armature in Fig. 1) while the excitation of the coil 2 is subsequently reversed so that the laminated core 3 has a north pole and that 3 'becomes a south pole.
Each reversal of excitation causes a rotation of the rotating armature by one step, the direction of rotation (see arrow on the rotating armature in Fig. 1) is determined by the formation of the pole pieces 7, since in this direction the air gap t between the pole pieces 7 of the stator and the The pole pieces of the permanent <U> mag </U> neten rotating anchor are steadily reduced. The magnetic flux emanating from the stator part when the coil 2 is excited in this way causes the rotating armature to continue to rotate in steps by always exerting a torque on it in the same direction, due to the shape of the pole shoes 7.
However, the same result could obviously also be achieved with a symmetrical profile of the pole pieces 7 of the laminated cores 3, 3 'and corresponding asymmetrical profiles of the pole pieces of the rotating armature. In the embodiment according to FIGS. 2 and 2a, the stator part of the stepping mechanism is in the form of two oppositely arranged, the coil 2 to give pots 8, 8 ', whose bases each have a round opening in the middle, the edges of these openings as Pole shoes serving parts 9 or 9 'are bent inward (see in particular Fig. 2a).
The arrangement is made such that these pole shoes <B> 9, 9 ', </B>, which alternate with one another, lie on a cylindrical surface that surrounds the rotating armature, which can be designed in the same way as already described.
The axis of the coil 2 and the entire stator part coincides here with the axis of rotation of the shaft 4 of the rotating armature.
The direction of rotation of the rotary armature also depends here on the shape of the pole shoes 9 and 9 'and is denoted by the arrow f in FIG.
A special design of the rotating armature, which can work together with the stator part according to FIGS. 2-2a, is shown in FIGS. 3 and 3a. The rotating armature here consists merely of a disk-shaped permanent magnet 10 made of a material with high coercive force, without soft iron pole pieces. The poles are, as illustrated in Fig. 3a, formed by appropriate magnetization directly at the beginning of the disc 10 in order.
In Fig. 3a the course of the magnetic lines of force is indicated by arrows, the magnetic lines of force emerging approximately radially from the circumference of the disk 10.
In order to increase the operational reliability of the explained electro-magnetic rotating armature step-by-step switching mechanism when using it to drive fan-type rollers or the like, additional aids according to the invention can be provided.
One of these aids can consist of a reverse rotation lock, which causes the rotating armature to oscillate around the magnetic equilibrium position as a result of the continuous and mutual conversion of kinetic energy into potential energy, as well as a possible reverse rotation of the armature - if, as a result of these oscillations, it reaches a favorable position should - prevented. This reverse rotation lock means that the rotating armature is in an angular position after each turning step, which is slightly forward-turned in relation to the angular position corresponding to the magnetic equilibrium, so that the following turning step is favored.
A simple practical embodiment of one of the kind of reverse rotation lock can, as illustrated in Fig. 4, consist of a saw gear 11, the teeth of which are directed against the desired direction of rotation and into which a spring 12 snaps when the rotating armature on its shaft 4 the gear 11 is attached, at the end of each movement step according to the kinetic energy rotates a little further.
Another such aid can consist of a reverse rotation brake, also known per se, as is indicated schematically in FIG. This brake consists of a disk 13 attached to the shaft of the rotating armature, on the circumference of which two zy-cylindrical rollers 14 rest, which are arranged in wedge-shaped spaces between two inclined surfaces 15 or 15 'and the circumference of the disk 13 and in these spaces either be held by gravity (roller 4) or by the action of a spring 16 (roller 14 ').
If the disk rotates clockwise (with the arrangement of the surfaces 15, 15 'according to FIG. 5), then the rollers simply roll on the circumference of the disk 13, while when the disk is rotated in the opposite direction, they are forced into the wedge-shaped spaces and so act on the disc by braking through friction.
Another possible embodiment of a known reversing brake is shown in Fig. 6 and consists of a coil spring 17 wound around the shaft to be braked in one direction of rotation. A reversing spring of this type or another does not necessarily have to act directly on the shaft of the rotating armature, but can also act on the shaft of the fan roller or on the shaft of an intermediate gearwheel that may be provided.
Finally, another aid can be provided to ensure a regular run of the fan roller or the rotating armature of the stepping mechanism.
This can be achieved with the aid of a friction flywheel 18 according to FIGS. 7 and 7a, which is freely rotatable about the shaft 4 of the rotating armature and a spring 19 is brought into frictional connection with a part attached to the shaft by the pressure.
The resulting frictional torque, which counteracts the rotation of the flywheel, is slightly less than the torque of the rotating armature, so that at the beginning of each switching step of the rotating armature, due to the moment of inertia of the flywheel and the frictional moment, the flywheel 18 does not immediately assume the angular speed of the rotating armature, but begins to turn after a delay. If the rotating armature is then stopped at the end of its switching step by the magnetic braking force, the flywheel 18 rotates further due to its kinetic energy by a small angle and therefore dampens the back oscillation of the rotary armature.
8 and 8a show the overall arrangement of an electromagnetic rotary armature indexing mechanism according to the invention, in an embodiment corresponding to FIGS. 1-1a, including reverse rotation lock with gear 11 and snap spring 12 and including a friction flywheel 18 with associated pressure spring 19 shown.
On the shaft of the rotating armature sits an intermediate gear 20 which is intended to drive the fan roller.