Anieigegerä mit einem E'eHro.nLagneten
Die Erfindung betrifft ein Anzeigegerät mit einem Elektromagneten.
Die bisher allgemein üblichen, auf elektrischen Strom ansprechenden Anzeigegeräte, insbesondere Voltund Amperemeter, weisen eine grosse Skalenfläche auf, welche abgesehen von Einzelfällen nicht vollständig ausgenützt wird. Wenn zur Verbesserung der Ablesegenauigkeit eine lange Ableseskala gewünscht wird, so sind grosse Teile der Skalenfläche oder der vom Zeiger beanspruchten Bewegungsebene ungenutzt und versperren unnötigerweise viel Platz, welcher beispielsweise auf Frontplatten von elektronischen Geräten aller Art durch andere Elemente zweckdienlicher ausgefüllt werden könnte.
Für die Montage der bekannten Volt- und Amperemeter, welche nicht weit über die Frontplatte, in der sie eingebaut werden, vorstehen sollen, sind relativ grosse Aussparungen zum Einschieben des Messwerkes und weitere Bohrungen zum Durchstecken von Befestigungsschrauben notwendig. Dadurch wird die Montagearbeit kompliziert und der Einbau eines Anzeigegerätes relativ kostspielig.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Anzeigegerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welchem die oben erwähnten Nachteile nicht anhaften.
Das erfindungsgemässe Anzeigegerät ist gekennzeichnet durch einen längs einer Achse verschiebbaren Anker, einen um dieser Achse drehbaren Stützkörper, einen längs der Achse verschiebbaren, mit dem Anker und dem Stützkörper verbundenen Leitkurventräger mit einer Leitkurve und einem auf diese einwirkendes, mit dem Gehäuse verbundenes Glied zum Umwandeln der translatorischen Bewegung des Ankers in eine Drehbewegung des Stützkörpers.
Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein neuartiges auf elektrischen Strom ansprechendes Anzeigegerät in schaubildlicher Darstellung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Anzeigegerät gemäss der Fig. 1,
Fig. 3-5 den Drehwinkel eines Anzeigeorganes des Anzeigegerätes in Funktion des Weges des Ankers desselben mit der zugehörigen Skala oder Beschriftung,
Fig. 6 einen Schaltkreis für ein Anzeigegerät mit treppenförmiger Anzeigecharakteristik,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausfüh rungsbeispiel eines Anzeigegerätes,
Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Anzeigegerätes mit kreisförmiger Skala in der Ansicht und
Fig.
9 dasselbe Anzeigegerät im Schnitt entlang der Linie AA der Fig. 8.
Das in der Fig. 1 dargestellte Amperemeter besitzt ein relativ langes, im Querschnitt betrachtet rechteckiges Gehäuse 1 aus Kunststoff. Auf der in der Fig. 1 nach oben gerichteten Frontseite 2 des Gehäuses 1 ist ein schlitrförmiges Fenster 3, das sich fast über die gesamte Länge des Gehäuses 1 erstreckt, vorgesehen. Innerhalb des Gehäuses und dicht unterhalb des Fensters ist ein Anzeigerohr 4 auf eine später beschriebene Weise drehbar angeordnet. Auf diesem Anzeigerohr 4 ist eine sdiraubenlinienförmige Markierung 5, von der nur ein kleiner Ausschnitt durch das Fenster 3 sichtbar ist, aufgetragen.
Der links von dieser Markierung 5 gelegene Teil 6 der Mantelfläche des Anzeigerohres 4 ist dunkel gefärbt, so dass beim Drehen des Anzeigerohres 4 der Eindruck entsteht, als ob ein Stab mit einer Spitze in der Längsrichtung des Fensters 3 hin- bzw. hergeschoben würde.
Auf einer Seite des die Frontseite 2 unterteilenden Fensters 3 ist eine Skala 7 aufgetragen, wobei der Messwert an der Spitze des oben erwähnten Stabes ablesbar wird. Vorzugsweise befindet sich jene Kante des Fensters 3, in deren Nähe die Skala 7 angeordnet ist, in der Mitte der Frontseite 2, weil dann diese Kante sich am nächsten bei der obersten Mantellinie des Anzeigerrohres 4 befindet und damit die Ablesefehler auf ein Minimum reduziert sind.
Aus der der Frontseite 2 gegenüberliegenden Rückwand des Gehäuses 1 ragen zwei Befestigungsschrauben 8 heraus. welche zum Anbringen des Anzeigegerätes an eine nicht dargestellte Fronttafel und gleichzeitig der Stromzuführung zum Anzeigegerät dienen. Falls die Fronttafel aus einem elektrisch leitenden Material besteht, ist es klar, dass zusätzliche Isoliertüllen eingesetzt werden müssen.
Aus der Fig. 2 ist die Anordnung der im Innern des Gehäuses 1 untergebrachten Teile ersichtlich. An der rechtsseitigen Stirnseite 9 des Gehäuses ist ein Magnettopf 10 befestigt. In diesem ist ein Spulenkörper 11 für die Wicklung 12 angeordnet. Die Anschlüsse dieser Wicklung und die als Anschlussklemmen dienenden Befestigungsschrauben sind in der Fig. 2 nicht dargestellt. Im Spulenkörper 11 ist eine Sackbohrung 13 vorgesehen. wobei das konische Ende dieser Sachbohrung als Spitzenlager für eine in der Achse des Magnettopfes 10 angeordnete Welle 14 dient. Das andere Ende der Welle 14 ist in einer konischen Aussparung in der linksseitigen Stirnseite 15 gelagert.
Am linken Ende der Welle 14 ist ein Stützkörper 16 starr mit der Welle verbunden. Dieser Stützkörper trägt das Anzeigerohr 4, das sich fast vollständig über die ganze Länge des Gehäuses l erstreckt, wobei der Niagnetton!-' 10 von diesem Anzeigerohr 4 umschlossen, aber nicht berührt wird.
Längs der Welle 14 ist ein hohlzylinderförmiger Anker 17 verschiebbar angeordnet. Zum Erzielen einer möglichst geringen Reibung sind an den Enden des Ankers 17 Scheiben 18 aus einem einen kleinen Rei bungskoeffizicnten aufweisenden Material, z. B. Teflon , eingesetzt, so dass nur diese Scheiben 18 mit der Welle 14 in Berührung kommen.
Am aus dem Magnettopf 10 herausragenden Ende des Ankers 17 ist ein Leitkurventräger 19 starr befestigt.
Der leu terme ist über eine Schraubenfeder 20 mit dem Stützkörper 16 verbunden. Diese Schraubenfeder 20 erfüllt gleichzeiti, zwei Aufgaben. einerseits erzeugt sie die Rückführkraft, entgegen welcher der Anker 17 in Funktion des elektrischen Stromes. der durch die Wicklung 12 fliesst. in den Magnettopf hineingezogen wird, und andererseits überträgt diese Schraubenfeder die Drehbewegung des Leitkurventrägers 19 auf den Stützkörper 16 und damit auf das Anzeigerohr 4.
Auf dem zylinderförmigen Leitkurventräger 19 ist eine Leitkurve 21 die durch einen Draht aus magnetischem Material verkörpert ist, schraubenförmig angeordnet. An einer der Leitkurve 21 benachbarten Stelle ist ein Dauermagnet 22 ausserhalb des Anzeigerohres 4 am Gehäuse 1 befestigt.
Wird der Anker 17 entgegen der Rückführkraft der Schraubenfeder 20 in den Magnettopf 10 hineingezogen, weil ein elektrischer Strom durch die Wicklung 12 fliesst, so wird auch zwangsläufig der Leitkurventräger
19 diese translatorische Bewegung mitmachen. Die vom mit dem Gehäuse 1 verbundenen Dauermagnet 22 ausgehenden magnetischen Kraftlinien durchsetzen das Anzeigerohr 4, welches aus nicht-ferromagnetischem Material besteht, und wirken auf die Leitkurve 21 ein. Diese Kraftlinien sind bestrebt, immer einen Teil der Leitkurve 21 auf möglichst kleinem Abstand gegenüber dem Dauermagneten 22 zu halten.
Dies hat zur Folge, dass sich der Leitkurventräger 19, auf dem die Leitkurve 21 befestigt ist, zu drehen beginnt, und zwar ist der Drehwinkel des Leitkurventrägers gegenüber dem Magnettopf 10 bzw. dem Gehäuse 1 eine Funktion des Weges, den der Anker 17 entlang der Welle 14 zurücklegt, und der Steigung der Leitkurve 21 im Bereich des Dauermagneten 22. Die Drehbewegung des Leitkurventrägers 19 wird über die Schraubenfeder 20 auf den Stützkörper 16 und damit auf das Anzeigerohr 4 übertragen.
Solange die Lagerreibung der Welle 14 und die Reibung des Ankers 17 gegenüber der Welle 14 klein sind, hat das Strecken bzw. Entspannen der Schraubenfeder 20 auf den Drehwinkel des Anzeigerohres 4 praktisch keinen Einfluss. Selbstverständlich wird die Masse des Leitkurventrägers 19, des Stützkörpers 16 und des Anzeigerohres 4 durch geeignete Materialauswahl und in der Fig. 1 nicht gezeigte Aussparungen im Stützkörper 16 und im Leitkurventräger 19 möglichst klein gehalten.
Die in der Fig. 2 dargestellte Leitkurve 21 weist zwei vollständige Windungen auf, so dass, wenn der Anker 17 ganz in den Magnettopf 10 hineingezogen wird, das Anzeigerohr 4 wenigstens eine volle Umdrehung ausführt.
Der Magnettopf 10 kann über ein nicht dargestelltes Distanzstück an der Stirnwand 9 des Gehäuses befestigt werden, so dass das Anzeigegerät, das Anzeigerohr 4 und damit die Skalenlänge fest beliebig, den Ansprüchen entsprechend, verlängert werden kann. Mit anderen Worten, die Skalenlänge entspricht der grössten Abmessung des Anzeigegerätes.
Anstelle eines Dauermagneten 22 können, falls die Leitkurve 21 eine gleichmässige Steigung aufweist, auch mehrere an verschiedenen Stellen angeordnete Dauermagnete vorgesehen werden. Weiter ist es denkbar, anstelle eines stabförmigen Dauermagneten zur Erhöhung der Führungswirkung einen hufeisenförmigen Dauermagneten zu verwenden. Zur Einstellung des Nullpunktes des Anzeigegerätes können der oder die Dauermagnete in der Längsrichtung der Welle 14 verschiebbar am Gehäuse 1 befestigt sein.
Ein grosser Vorteil des oben beschriebenen Anzeigegerät es ist. dass durch entsprechende Formgebung der Leitkurve 21. fast jede beliebige Skalencharakteristik erhalten werden kann. Einige solche Beispiele sind in den Fig. 3-5 schematisch dargestellt. Auf den Ordinaten der graphischen Darstellungen sind die Drehwinkel des Anzeigerohres 4 und auf der Abszisse die Wegstrecke X des Ankers 17 aufgetragen.
Die Fig. 3 zeigt einen linearen Verlauf, wobei eine gleichmässige Skalenteilung 23 dazugehört. Die Skalenteilung 24 der Fig. 4 ist in der Mitte gedehnt, weil der Funktionsverlauf in der Mitte der Kurve einen steilen Teil aufweist, d. h. weil die Steigung der Leitkurve im mittleren Bereich grösser ist, als am Anfang und am Ende derselben.
Für ganz spezielle Fälle ist es sogar möglich, den Verlauf der Skalencharakteristik negativ zu gestalten, wenn die Steigung der Leitkurve an diesen Stellen negativ gemacht wird, d. h. bei einer solchen Ausführung kann stellenweise der Drehwinkel auch bei zunehmender Wegstrecke X abnehmen. Dies kann wünschbar sein, wenn ein bestimmter Anzeigebereich völlig uninteressant ist, z. B. bei einem Voltmeter zum Messen der Spannung eines 6V-Akkumulars ist nur der Bereich von 5-7V und zum Messen der Spannung eines 12V-Akkumulators nur der Bereich 10-14 V wichtig. Der Bereich 7-10V ist völlig uninteressant.
Mit einer entsprechend geformten Leitkurve ist es möglich, dasselbe Anzeigeinstrument ohne Bereichsumschalter für beide Messbereiche zu verwenden, das relativ gedehnte Skalen in denjenigen Bereichen, welche für die Messung interessant sind, aufweist. Der Unterschied der sich teilweise überlappenden Skalen kann durch verschiedene Färbung der Skalen einerseits und der Markierungen auf dem Anzeigerohr andererseits hervorgehoben werden. Um Ablesefehler mit Sicherheit zu vermeiden, kann im negativen Bereich die Markierung des Anzeigerohres weggelassen werden.
Eine weitere Ausführungsform eines Anzeigegerätes kann eine treppenförmige Anzeigecharakteristik gemäss der Fig. 5 aufweisen. Die zugehörige Leitkurve besitzt mehrere Teilstrecken, die parallel zur Welle 14 verlaufen. An diesen Stellen wird sich das Anzeigerohr 4 nicht weiter drehen, wenn der Anker 17 mehr oder weniger in den Magnettopf 10 hineingezogen wird. Auf dem Anzeigerohr 4 ist dann keine schraubenlinienförmige Markierung aufgetragen, sondern jene Stellen 25, die wenigstens zeitweise, trotz zunehmendem oder abnehmendem Strom durch die Wicklung 12 stehen bleiben, sind beschriftet. Die Anzahl Stufen wird in Abhängigkeit der Breite des Fensters 3 im Vergleich zum Umfang des Anzeigerohres 4 gewählt.
Das in der Fig. 6 prinzipiell dargestellte Schaltschema zeigt, auf welche Weise es mittels drei Widerständen 25-27 und drei Arbeitskontakten a, b und c möglich ist, acht verschiedene Beschriftungen sichtbar zu machen. Nämlich die Nullstellung, in welcher keiner der Kontakte a, b und c geschlossen sind, drei weitere Stellungen, in denen je einer dieser Kontakte geschlossen ist, drei weitere Stellungen, in denen je zwei Kontakte geschlossen sind und eine letzte Steigung, in der alle drei Kontakte geschlossen sind.
Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, ähnlich demjenigen der Fig. 2. Anstelle der Welle 14 ist ein Spanndraht 39 vorgesehen, der einerseits mit einer Quetschperle 40 im Magnettopf 10 und andererseits mit einer Quetschperle 41 in einer Spannsdlraube 42 in der Stirnseite 15 des Gehäuses 1 verankert ist. Der Magnettopf 10 ist über einen zweiten kürzeren Spanndraht 43, dessen Enden mit weiteren Quetschperlen 44 und 45 versehen sind, mit der Stirnseite 9 des Gehäuses 1 verbunden. Mittels der Spannschraube 42 können die Spanndrähte 39 und 43 so straff gespannt werden, dass die Achse des Magnettopfes 10 mit den beiden Spanndrähten in einer Geraden liegt. Die Quetschperle 45 des Spanudrahtes 43 liegt auf einem Isolierstück 46 auf, das fest mit dem Magnettopf 10 verbunden ist.
Die beiden inneren Enden der Spanndrähte 39 und 45 sind auf nicht gezeigte Weise mit den Anschlüssen der Wicklung 12 verbunden, während die äusseren Enden der Spann drähte mit ebenfalls nicht dargestellten Anschlussklemmen verbunden sind.
Die Spanndrähte erfüllen vier Aufgaben: Sie halten den Magnettopf 10, sie dienen der Stromzuführung für die Wicklung 12, als Führung des Ankers 17 mit dem Leitkurventräger 19 und zur Abstützung des Anzeigerohres 4. Das linksseitige Ende des Anzeigerohres 4 ist über eine Scheibe 47 mit einer kleinen Bohrung in der Mitte auf den kürzeren Spanndraht 43 abgestützt und das rechtsseitige Ende des Anzeigerohres 4 ist mit dem Stützkörper 16 verbunden, der in der Mitte eine Bohrung zum Durchführen des Spanndrahtes 39 besitzt.
Damit sich der Stützkörper 16 drehen, aber nicht in Richtung des Spanudrahtes verschieben kann, sind beidseitig des Stützkörpers Quetschperlen 48 vorgesehen.
Die Spanndrähte 39 und 43 können durch metallisierte Kunststoffgebilde, z. B. Nylonfäden ersetzt werden. Dieses oben beschriebene Anzeigegerät eignet sich insbesondere für Geräte, die so montiert werden, dass die Spanndrähte vertikal verlaufen.
In den Fig. 8 und 9 ist eine weitere Ausführungsform eines Anzeigegerätes mit einer kreisförmigen Skala 28 dargestellt. Gleiche oder ähnliche Teile, wie sie in der Fig. 2 gezeichnet sind, wurden mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das Gehäuse umfasst einen zylindrischen Teil 29 und einen scheibenförmigen Teil 30, welcher auf der Frontseite mit einem Glasring 31 abgeschlossen ist. In der Mitte dieses Glasringes ist eine Lagerplatte 32 mit einem Spitzenlager für die Welle 14 vorgesehen. Dieses Spitzenlager kann auch in einer anstelle des Glasringes 31 eingesetzten Glasscheibe eingearbeitet sein. Das andere Ende der Welle 14 ist in einer konischen Aussparung im Spulenkörper 11 gelagert, auf dem sich die Wicklung 12 befindet. Die Anschlüsse der Wicklung sind an die Schraubenbolzen 33 angeschlossen.
Der Magnettopf 10 ist am geschlossenen Ende des zylindrischen Teiles 29 des Gehäuses befestigt. Auf der Welle 14 verschiebbar und drehbar gelagert ist der Anker 17 mit dem Leitkurventräger 19.
Dieser ist seinerseits über die Spiralfeder 20 mit dem auf der Welle 14 festsitzenden Stützkörper 16 verbunden.
An einer der Leitkurve 21 gegenüberliegenden Stelle ist der Dauermagnet 22 am Gehäuse, vorzugsweise in der Längsndflung der Welle 14 einstellbar, befestigt. Am Stützkörper 16 ist anstelle des Anzeigerohres ein Zeiger 34 angeordnet, der sich zwischen dem Glasring 31 und einer Skalenscheibe 35 bewegen kann.
Die Leitkurve 21 ist derart ausgebildet, dass sich der Zeiger 34 um wenigstens 360O drehen kann. Dies ergibt eine lange Skala 28. Wenn die Skala 28 spiralförmig aufgezeichnet wird, so kann der Drehwinkel des Zeigers sogar 360O übersteigen und die Skalenlänge dadurch vergrössert werden.
In vorteilhafter Weise ist der Zeiger 34 auf der zu seiner Spitze entgegengesetzten Seite über seinen Drehpunkt hinaus verlängert, wobei diese Verlängerung als Gegengewicht dient. damit das Gewicht des Zeigers die abgelesenen Messwerte nicht verfälscht.
Der zylindrische Teil 29 des Gehäuses ist abgesetzt und besitzt ein Aussengewinde 36 auf dem eine Schraubenmutter 37 aufgeschraubt ist. Mit dieser Schraubenmutter und einer Unterlagsscheibe 38 kann das Anzeigegerät bequem an einer nicht dargestellten Frontplatte befestigt werden. Der Durchmesser des Loches d3s xu diesem Zwecke in die Frontplatte gebohrt werden muss, ist im Vergleich zum Durch messer der Skala klein, weil der Durchmesser des Messwerkes sehr klein ist.
Ein weiterer Vorteil der oben beschriebenen Anzeigegeräte ist, dass bei der Herstellung derselben sämtliche Teile mit Ausnahme der Leitkurve und der Skala identisch sind und daher in grösseren Stückzahlen angefertigt werden können, auch dann, wenn die endgültige Anzeigecharakteristik noch nicht festgelegt ist. Die Anpassung an die letztendlich gewünschte Anzeigecharakteristik kann durch die besondere Wahl der Leitkurve und der Skala bestimmt werden. Dies ermöglicht eine rationelle und billige Herstellung von solchen Anzeigegeräten, insbesondere Ampere- und Voltmetern, wobei sich diese für die Messung von Gleich- und Wechselstrom bzw. -Spannungen gleichermassen eignen.
Ganz enorm sind die Vorteile, welche das Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 und 2 in bezug auf die Platzbeanspruchung und die Befestigung derselben an einer Frontplatte bietet. Ein solches stabförmiges Ausführungsbeispiel kann einen Querschnitt von 10 x 12 mm und eine Länge von 120 mm aufweisen, wobei die Skalenlänge 110 mm beträgt. Auf einer Grundfläche von nur 120 x 120 mm lassen sich zehn solcher Anzeigegeräte mit Leichtigkeit unterbringen, wobei zur Befestigung derselben lediglich pro Anzeigegerät zwei kleine Bohrungen notwendig sind.
Nebst den vielen Variationsmöglichkeiten der Ausbildung der Leitkurve, kann wenn notwendig auch der Verlauf der Markierung auf dem Anzeigerohr zum Erreichen eines praktisch beliebigen Verlaufes der Anzeigecharakteristik herangezogen werden.