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STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zeigeranzeigevorrichtung, insbesondere
für ein
Kombiinstrument zum Anzeigen von Meßdaten in einem Kraftfahrzeug,
mit einem Zeigerantrieb, der auf einer Trägereinrichtung gehaltert ist.
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Ein
Kombiinstrument zum Anzeigen von Meßdaten in einem Kraftfahrzeug
ist aus der
DE 196 23 406.9 bekannt.
Der Aufbau dieses Kombiinstruments ermöglicht, daß die Funktionen des Elektronikmoduls,
welches eine Leiterplatte mit den Bauelementen zur elektronischen
Ansteuerung der Anzeigeinstrumente aufweist, von den optischen,
mechanischen und elektrischen Verbindungen für Beleuchtungen der Anzeigeinstrumente
sowie Zeigerantrieb und Zeigerlagerung usw., getrennt sind. Für diese Verbindungen übernimmt
die Trägereinrichtung
bzw. das Substrat des bekannten Kombiinstruments zusätzlich die
Funktion einer Leiterplatte, auf der die üblicherweise kleinere Leiterplatte
des Elektronikmoduls montiert ist. Zeigerantrieb und Zeigerlagerung sind
auf der Rückseite
der Trägereinrichtung
angeordnet und benötigen
relativ viel Platz.
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Allgemein
sind bei bekannten Kombiinstrumenten die Zeigerantriebe zusammen
mit den elektronischen Bauteilen zur Ansteuerung dieser Antriebe,
der Kontrollleuchten und der Displays auf einer Platine angeordnet.
Die Beleuchtung von Zifferblatt und Displays erfolgt durch Leuchtdioden
oder Glühlampen,
deren Licht über
einen Lichtleiter zu den zu hinterleuchtenden Skalenbereichen geführt wird.
Die Hinterleuchtung der Displays geschieht gewöhnlicherweise durch Lichtquellen,
die in Lichtschächten hinter
den Displays angeordnet sind.
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Ein
besonders vorteilhafter Aufbau eines Kombiinstruments ist beispielsweise
in der
DE 198 19 821
C1 beschrieben. Hier ist die Elektronik in einem kleinen
Modul zusammengefasst.
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Als
alternative Art der Beleuchtung sind auch selbstleuchtende Schichten,
wie z.B. Elektrolumineszenz-Schichten oder organische Leuchtdioden-Schichten,
vorgeschlagen worden. Auch die Anzeige der Display-Information (Kilometeranzeige, Uhrzeit,
...) und der Kontrollleuchten kann mit organischen Leuchtdioden-Schichten
realisiert werden.
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Weiterhin
wurden frei programmierbare Kombiinstrumente vorgeschlagen, bei
denen eine Flüssigkristallanzeige
als Anzeigemedium benutzt wird. Auf solchen Anzeigen werden mechanische Zeiger
durch entsprechende Bildschirmanimationen nachgebildet. Nachteilig
hierbei ist das flache Erscheinungsbild des Zeigers, das dem plastischen
Erscheinungsbild eines mechanischen Zeigers deutlich unterlegen
ist.
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Daher
wurde in der
DE 31
19 215 C1 vorgeschlagen, Löcher in der Flüssigkristallanzeige
anzubringen, durch welche Zeigerachsen durchsteckbar sind. Somit
ist das übliche,
plastische Erscheinungsbild des mechanischen Zeigers mit der Flexibilität eines
frei programmierbaren Kombiinstruments vereinbar. Die Anbringung
von Löchern
in der Flüssigkristallanzeige
ist jedoch relativ teuer.
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Ebenfalls
vorgeschlagen wurde die Anbringung des Zeigerantriebs auf der Rückseite
der Flüssigkristallanzeige
und die Anbringung der Zeiger auf der Frontseite des frei programmierbaren
Kombiinstruments. Zwischen beiden Einheiten wird eine magnetische
Kopplung vorgesehen, d. h. auf der Zeigerachse und am Zeiger ist
ein Magnet befestigt. Dreht sich der Magnet durch eine Bewegung
des Zeigerantriebs, so wird der Magnet am Zeiger mitgezogen, und
der Zeiger dreht sich entsprechend. Auch dieser Aufbau ist relativ
aufwendig.
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Aus
der
DE 197 33 650
A1 ist ein Anzeigeinstrument mit mindestens einem beweglich
gelagerten Anzeigeorgan, insbesondere einem Zeiger, und eine Skala
oder ein Skalenbild bekannt. In einer Ausführungsform kann ein Zeigerinstrument
in einer Anzeige dargestellt werden. In einer anderen Ausführungsform
ist ein Motor als Verstellorgan für den Zeiger vorgesehen, der
entweder vor der Anzeigefläche, d.
h. zwischen dem Betrachter und der Anzeige, oder aber auch hinter
der Anzeige angeordnet sein kann, wobei in diesem Fall eine fensterartige Öffnung für den Zeiger
in der Anzeige vorgesehen ist.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik besteht
allgemein darin, dass die bekannte Zeigeranzeigevorrichtung einerseits
kein flexibles Design und andererseits keine günstigen Montagebedingungen
ermöglicht.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Die
erfindungsgemäße Zeigeranzeigevorrichtung
und das entsprechende Herstellungsverfahren gemäß der nebengeordneten Ansprüche weisen den
besonderen Vorteil auf, dass eine optimale Ausnutzung der Trägereinrichtungs- bzw. Substratfläche vorsehbar
ist und daß das
Herstellungsverfahren kostengünstiger
und logistisch einfacher gestaltbar ist.
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Bei
der Zeigeranzeigevorrichtung gemäss der
vorliegenden Erfindung ist ein Miniaturmotor auf der Vorderseite
des Trägers
mit dem Zifferblatt aufgebracht. Der Miniaturmotor ist durch eine
Abdeckeinrichtung bzw. Abdeckkappe des Zeigers derart abdeckbar,
dass er vom Betrachter bei Draufsicht nicht wahrgenommen wird.
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Für das klassische
mechanische Kombiinstrument ergeben sich damit folgende Vorteile.
Die formbestimmende Designebene, welche die Lage der Zeiger, der
Displays und der Kontrollleuchten bestimmt, und die Ansteuerebene
mit den elektronischen Bauelementen, sind völlig voneinander entkoppelbar.
Aufgrund der Miniaturform der verwendeten Schrittmotoren ist eine
sehr flache Bauform des entsprechenden Kombiinstruments möglich. Dies schafft
insbesondere eine deutliche Kostenreduzierung und eine Vereinfachung
der Herstellung.
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Für ein frei
programmierbares Kombiinstrument ergeben sich durch Verwendung der
erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung
darüber hinaus
folgende Vorteile. Es ist die Verwendung konventioneller mechanischer
Zeiger möglich.
Für die Recheneinrichtung
des frei programmierbaren Kombiinstruments ist eine deutlich geringere
Rechenleistung notwendig, da die aufwendige Zeigeranimation mit
Antialiasingmethoden und hohen Anforderungen an die Displayauflösung entfällt. Somit
gibt es einen geringeren Softwareaufwand als beim frei programmierbaren
Kombiinstrument mit entspre chender Zeigernachbildung. Auch können Löcher durch
die Flüssigkristallanzeige
entfallen.
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Erfindungsgemäß sind ferner
Anschlüsse des
Zeigerantriebs durch die Trägereinrichtung
geführt
und auf der Rückseite
der Trägereinrichtung
mit entsprechenden elektrischen Zuleitungen verbunden.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
Zeigeranzeigevorrichtung bzw. des Herstellungsverfahrens gemäß der nebengeordneten
Ansprüche.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Trägereinrichtung
eine Folie, auf deren Rückseite
elektrische Zuleitungen durch Siebdruck aufgebracht sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind auf den elektrischen Zuleitungen
elektrische Bauelemente aufgebracht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Trägereinrichtung
ein Display, z. B. ein Flüssigkristalldisplay,
auf dessen Vorderseite Leiterbahnen vorgesehen sind, auf denen der
Zeigerantrieb kontaktiert ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Leiterbahnen durchsichtig
und liegen zwischen einer Glas platte des Flüssigkristalldisplays und einem
entsprechenden Polarisator.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung bestehen die Leiterbahnen aus
metallischen Streifen, welche auf der Glasplatte aufgebracht sind und
vom Polarisator abgedeckt sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Zeigerantrieb zumindest
teilweise in der Zeigernabe untergebracht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Zeigerantrieb zumindest
teilweise im bewegten Teil des Zeigers untergebracht ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Zeigerantrieb in Kombination
mit einem Getriebe ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Zuleitung für den Zeigerantrieb
als Flexleiter ausgeführt
und ein Bereich der Zuleitung für
den Ausgleich der Drehbewegung um die Zeigerachse gewickelt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein Teilbereich der Vorderseite
der Trägereinrichtung
durch eine von der Zeigernabe zum Rand hin verlaufende Abdeckung überdeckt,
die zumindest einen Teil des Zeigerantriebs abdeckt.
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ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung;
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2 eine
schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung;
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3 eine
schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung;
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4 eine
schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer vierten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung;
und
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5 eine
schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer fünften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Komponenten.
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1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung.
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Bei
der ersten Ausführungsform
gemäss 1 bezeichnet
Bezugszeichen 1 ein Zifferblatt, das aus einer dickeren
Folie besteht. Auf dieser Folie ist auf der oberen, d.h. dem Betrachter
zugewandten Seite, ein üblicher
Aufdruck 2 vorgesehen, der das Erscheinungsbild der Skalenbereiche 3 bestimmt. Die
Skalenbereiche 3 sind bei dieser ersten Ausführungsform
offen gestaltet und werden durch eine dünne Beleuchtungsschicht 4 hinterleuchtet,
welche beispielsweise als Elektrolumineszenz-Schicht oder organische
Leuchtdioden-Schicht ausgebildet ist. Die Beleuchtungsschicht 4 wird über elektrische
Zuleitungen 5 mit Strom versorgt. Statt der dünnen Beleuchtungsschicht 4 kann
selbstverständlich
auch eine übliche
Beleuchtung mit lichtemittierenden Dioden oder Glühlampen
und Lichtleiter vorgesehen werden.
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Auf
der Vorderseite des Zifferblatts 1 ist ein Zeigerantrieb 6 in
Form eines Miniaturschrittmotors aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt.
Die elektrischen Anschlüsse 7 des
Zeigerantriebs 6 sind durch das Zifferblatt 1 hindurchgesteckt
und mit entsprechenden elektrischen Zuleitungen 8 auf der
Rückseite
des Zifferblatts 1 verlötet.
Bei dieser Ausführungsform
können
sämtliche
elektrischen Zuleitungen 5, 8 in kostengünstiger
Siebdrucktechnik außerhalb
der offenen Skalenbereiche 3 vorgesehen werden. Auf der
Zeigerachse 9 des Zeigerantriebs 6 ist, wie üblich, die
Zeigerfahne 10 aufgesteckt. Insbesondere ist an der Zeigerfahne 10 eine
Abdeckkappe 11 vorgesehen, deren Durchmesser größer als
der Durchmesser des Schrittmotors ist, der den Zeigerantrieb 6 bildet.
Insbesondere sind heutzutage derartige Schrittmotoren mit einem
Durchmesser von weniger als 10 mm als Zeigerantrieb 6 verfügbar, welche
sich bequem durch die Abdeckkappe 11 verbergen lassen.
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2 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
gemäss 2 handelt
es sich um eine Abwandlung der ersten Ausführungsform hinsichtlich der
Rückseite
des Zifferblatts 1. Insbesondere wird hierbei vorgeschlagen,
die elektronischen Bauelemente 23 auf der Rückseite
des Zifferblatts 1 außerhalb
der Skalenbereiche 3 vorzusehen. Hierzu werden elektrische
Zuleitungen 22 zur Verbindung der Bauelemente untereinander
und zur Kontaktierung der Bauelemente 23 mit dem Fahrzeugbord netz
in Dichschichttechnik auf der Rückseite
des Zifferblatts 1 aufgebracht. Anschließend werden
die Bauelemente 23 bestückt
und aufgeklebt oder aufgelötet.
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3 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung.
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Bei
der dritten Ausführungsform
gemäss 3 handelt
es sich um eine Zeigeranzeigevorrichtung für ein frei programmierbares
Kombiinstrument, wobei ein Flüssigkristall-Display 31 als
bilderzeugendes Element Verwendung findet. Das Flüssigkristall-Display 31 besitzt
einen üblichen
Aufbau, d.h. es umfasst zwei Glasplatten 32 mit einer Randversiegelung 33,
wobei sich im Zwischenraum zwischen den beiden Glasplatten 32 der
Flüssigkristall
befindet. Bei dieser Ausführungsform
dient das Flüssigkristall-Display 31 als
Trägereinrichtung.
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Auf
der Rückseite
des Flüssigkristall-Displays 31 befindet
sich ein Lichtleiter 34, in den das Licht einer oder mehrerer
Lampen 35 eingespeist wird. Durch eine (nicht gezeigte)
Struktur der Oberflächen
des Lichtleiters 34 wird das Licht zum Flüssigkristall-Display 31 hin
ausgekoppelt. Auf der Unterseite und der Oberseite des Flüssigkristall-Displays 31 sind
Polisatoren 36, 37 aufgebracht. Im oberen Polarisator 37 sind überall dort,
wo der Zeigerantrieb 6 aufgebracht wird, Fenster 37a ausgestanzt.
In dieses Fenster 37a wird der Zeigerantrieb 6 eingesetzt und
auf einer elektrischen Dünnschichtleitung 39 aufgebracht,
welche auf der Oberseite der oberen Glasplatte 32 unterhalb
des oberen Po larisators 37 vorgesehen sind. Diese Dünnschichtleitungen 39 bestehen bei
diesem Beispiel aus ITO (Zinn-Indium-Oxid-Gemisch) oder aus einem anderen geeigneten
leitfähigen
Medium. Diese Dünnschichtleitungen 39 haben den
Vorteil, dass sie durchsichtig sind, eine sehr geringe Dicke besitzen
und von der Kleberschicht des Polarisators 37 eingeschlossen
werden. Die Zuleitungen können
auch durch sehr schmale Metall-Leitungen in Dünnschichttechnik gebildet werden.
Diese Dünnschichtleitungen 39 können wegen
der sehr geringen Ströme
für den
Zeigerantrieb 6 sehr schmal entworfen sein und fallen dem
Betrachter somit nicht auf. Die Kontaktierung zwischen den Anschlüssen 310 des
Zeigerantriebs 6 und den Dünnschichtleitungen 39 ist
mittels üblicher
Kontaktierungsmethoden realisierbar. Beim vorliegenden Beispiel
wird zur Kontaktierung ein leitfähiges
Klebermaterial 311 verwendet. Es können jedoch auch Polymerkügelchen mit
leitfähiger
Oberfläche
benutzt werden oder eine Folie, in die leitfähige Partikel eingebettet sind,
welche bei der Montage zusammengedrückt werden und so zu einer
leitfähigen
Verbindung führen
(sogenannter ACF = Anisotropic Conductive Film).
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4 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer vierten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung.
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Bei
der vierten Ausführungsform
gemäss 4 ist
der Zeigerantrieb 66 ebenfalls auf einem Flüssigkeitskristall-Display 31 montiert.
Der Zeigerantrieb 66 ist hier in der Zeigernabe und damit
im beweglichen Teil des Zeigers angebracht. Der Zeigerantrieb 66 ist
als Motor-Getriebe-Einheit ausgeführt, um das typischerweise
geringe Drehmoment von Miniaturschrittmotoren zu erhöhen. Der
Zeigerantrieb 66 dient gleichzeitig als Gegengewicht zur
Minimierung der Zeigerunwucht, was wegen dynamischer Kräfte im bewegten
Fahrzeug von Bedeutung ist. Ebenfalls in der Zeigernabe untergebracht
ist eine Lichtquelle 43 für die Beleuchtung der Zeigerfahne 40,
welche hier als lichtemittierende Diode ausgeführt ist. Die Zuleitung 44 ist
als Flexleiter, also als dünne
flexible Leiterplatte, ausgeführt,
und ein Bereich der Zuleitung 44 ist für den Ausgleich der Drehbewegung
mit mehreren Windungen um die fest mit der Anzeigeeinheit verbundene
Zeigerachse 9 gewickelt und versorgt sowohl den Motor als
auch die Lichtquelle 43 mit elektrischer Energie. Die Zuleitung 44 kann
im Bereich der Zeigernabe mit der Zuleitung 39 elektrisch
verbunden sein oder auch einstückig mit
der Zuleitung 39 ausgeführt
sein.
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5 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung der wesentlichen Komponenten
einer fünften
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zeigeranzeigevorrichtung.
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Bei
der in 5 gezeigten fünften
Ausführungsform
wird ein Teilbereich des Flüssigkristall-Displays 31 durch
eine radial von der Zeigernabe zum Rand des Flüssigkristall-Displays 31 hin
verlaufende Abdeckung 59 überdeckt. Diese Abdeckung 59 kann den
Zeigerantrieb 68, die Zuleitung 39 und Teile des Getriebes 58 aufnehmen.
Wahlweise können
auch Teile des Getriebes unter der Zeigernabe platziert werden.
Die Zeigerachse 9 ist bei dieser Ausführungsform entweder drehfest
mit der Nabe verbunden und treibt diese an, oder aber die Zeigerachse 9 ist
fest mit dem Flüssigkristall-Display 31 verbunden und
die Nabe ist drehbar darauf gelagert und der Antrieb des Zeigers
erfolgt beispielsweise über
eine Innenverzahnung in der Nabe. Die Zeigerbeleuchtung kann bei
dieser Ausführungsform
auch noch stationär
unter der Abdeckung 59 angebracht sein. Wichtig für diese
Ausführungsform
ist, dass der Antrieb zwischen dem Betrachter und dem Flüssigkristall-Display 31 liegt,
und nicht etwa außerhalb
des Flüssigkristall-Displays 31.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise
modifizierbar.
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Insbesondere
ist die Erfindung nicht auf die geschilderten Substrate beschränkt. Vielmehr
können
beliebige zweckmäßigerweise
Trägereinrichtungen
verwendet werden, wie z.B. Gummimatten mit Leitereinlagen, Leiterplatten,
Glasplatten usw..
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Generell
kann der Zeigerantrieb verschieden ausgeführt sein:
- – entweder
als Schrittmotor gemäß obigen
Beispielen; die Schritte werden dann von der Ansteuerelektronik
ausgegeben, die Zeigerposition ergibt sich aus der Summation der
durchgeführten Einzelschritte;
- – oder
als elektronisch kommutierter Motor; in diesem Fall können die
Winkelinformationen, die zur Kommutierung genützt werden, in vorteilhafter Weise
auch zur Kontrolle des Zeigerwinkels verwendet werden.
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Die
Ansteuerelektronik für
den Motor kann entweder entsprechend dem Stand der Technik räumlich der
Elektronik des Kombiinstruments zugeordnet sein oder als bauliche
Einheit dem Zeigerantrieb zugeordnet sein. In diesem Fall kann die
Zahl der Zuleitungen wesentlich reduziert werden (z.B. nur Spannung,
Masse und serielle Datenleitung). Auch die lichtemittierende Diode
kann mit derselben Ansteuerelektronik gesteuert werden. Diese wird dann
zweckmäßigerweise
als raumsparend kontaktierte integrierte Schaltung ausgeführt. Beispielsweise
werden die Motorzuleitungen direkt auf dem Chip gebondet.