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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Messgerät mit einem Messelement
und mit einem mit dem Messelement gekoppelten mechanischen Werk,
das zur Anbindung eines Sensors geeignet ist.
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STAND DER TECHNIK
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In
der Patentanmeldung
US
2004/0187590 A1 ist ein Druckmessgerät gezeigt,
das sowohl eine analoge Anzeige als auch eine elektrische Erfassung einer
Messgröße ermöglicht. Das Druckmessgerät hat
eine Rohrfeder und ein mit der Rohrfeder verbundenes mechanisches
Werk. Das Werk hat einen Zeiger, der sich entsprechend einer Bewegung
des Messelements dreht, um einen Messwert anzuzeigen. Die Welle
des Zeigers ist an zwei Seitenplatten gelagert. Eine der beiden
Platten ist um die Welle drehbar und an dem Ende der Rohrfeder befestigt,
so dass eine Bewegung der Rohrfeder eine Drehung dieser Platte bewirkt.
Diese Bewegung wird über ein Werk mit Segmentzahnrad auf
die Welle übertragen, wodurch sich diese dreht. Zusätzlich
ist an der drehbaren Platte ein Induktionssignalgeber angeordnet,
der sich gemeinsam mit der Platte dreht. Über der drehbaren
Platte, genauer gesagt zwischen der Platte und einem Zeigerblatt,
ist eine Leiterplatte drehfest angeordnet. Auf der Leiterplatte
befindet sich eine Induktionsspule. Der an der drehbaren Platte
ausgebildete Induktionssignalgeber ist über der Induktionsspule
angeordnet. Die Induktionsspule erfasst eine Bewegung und/oder Stellung
des Induktionssignalgebers, die als elektrisches Signal ausgegeben wird/werden.
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Ein
anderes Beispiel eines Druckmessgeräts ist in der Patentanmeldung
WO 98/52007 A1 beschrieben.
Dieses Druckmessgerät besitzt im Wesentlichen den Aufbau
eines herkömmlichen mechanischen Druckmessgeräts
mit einer Rohrfeder, wobei der Zeiger durch eine Platte ersetzt
wurde, die an ihrem Rand einen Magnet aufweist. In der Nähe
der sich drehenden Platte ist zusätzlich eine mehrere Reed-Schalter
aufweisende Leiterplatte angeordnet. Durch die Drehung der Platte
wird der Magnet über die Schalter geführt, die
dadurch betätigt werden, wodurch ein der Drehstellung der
Platte entsprechendes elektrisches Signal ausgegeben wird.
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Ferner
beschreibt die Patentanmeldung
JP-A-11-230842 eine Anordnung zum Befestigen
eines Druckmessgeräts an einer Leiterplatte eines Kombiinstruments.
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Die
japanische Patentanmeldung
JP-A-06-307952 zeigt
ein Druckmessgerät bestehend aus einer Rohrfeder und aus
einem optischen Sensor. Der Sensor erfasst die Bewegung des Rohrfederendstücks.
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Um
ein Messgerät zu schaffen, das sowohl eine mechanische
Anzeige als auch eine elektrische Signalerfassung gestattet, ist
es gemäß den genannten Dokumenten erforderlich,
zusätzlich zu einem herkömmlichen mechanischen
Werk eine Leiterplatte vorzusehen, auf der eine elektrische Signalerfassungsvorrichtung
angebracht werden kann, die mit einem von dem Werk angetriebenen
Geber zusammenwirkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät mit
einem Messelement und einem mit dem Messelement gekoppelten mechanischen
Werk bereitzustellen, das für die Anbindung eines Sensors geeignet
ist und preiswert und kompakt herzustellen ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Messgerät
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen
beschrieben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
hat sich gezeigt, dass die Entwicklung von Leiterplatten mittlerer
Weile so weit vorangeschritten ist, dass immer bessere Materialien
für Leiterplatten zur Verfügung stehen. Diese
Materialien lassen sich nicht nur besser verarbeiten, sondern halten
auch stärkeren Beanspruchungen Stand und sind darüber
hinaus auch dazu geeignet, Bauelemente direkt in diesen Materialien
auszubilden. Früher wurde als Basismaterial für
diese Leiterplatten oft Pertinax, sogenanntes Hartpapier, verwendet,
welches jedoch eine relativ niedrige Festigkeit besitzt. Die heute gebräuchlichen
Basismaterialien, wie beispielsweise mit Epoxidharz getränkte
Glasfasermatten, weisen in dieser Hinsicht deutlich bessere Eigenschaften
auf. So hat sich gezeigt, dass heute verfügbare Leiterplattenmaterialien
auch dazu geeignet sind, mechanische Teile zu ersetzen. Auf dieser
Tatsache beruht die vorliegende Erfindung.
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Erfindungsgemäß weist
das Messgerät ein Messelement und ein mit dem Messelement
gekoppeltes mechanisches Werk auf. Die Kopplung des Werks an das
Messelement kann beispielsweise durch eine Zugstange erfolgen. Das
Werk hat mindestens eine entsprechend einer Bewegung des Messelements
drehbare Welle. Diese mindestens eine Welle des Werks ist mindestens
einerseits an einer Lagerplatte aus Leiterplattenmaterial gelagert. Diese
Lagerplatte aus Leiterplattenmaterial dient zum Tragen von Leiterbahnen,
die zur Anbindung eines Sensors geeignet sind. Durch die Anordnung
wenigstens einer Seitenplatte aus Leiterplattenmaterial wird die
zum Anbinden eines Sensors erforderliche Teileanzahl reduziert.
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Vorzugsweise
ist das Messgerät mit einem Sensor versehen, der mit auf
der Leiterplatte ausgebildeten Leiterbahnen verbunden ist. Dieser
Sensor kann die Bewegung und/oder Lage des Messelements und/oder
der Welle erfassen. Dabei ist es denkbar, dass der Sensor translatorische
und/oder rotatorische Bewegungen erfasst.
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Es
ist wünschenswert, dass auf der Seitenplatte des Werks
mindestens eine Lagerbuchse zum Halten der Welle vorgesehen ist.
Der Sensor kann ein Hall-Sensor, ein Drehpotentiometer, ein kapazitiver
Sensor, ein induktiver Sensor oder ein optischer Sensor sein.
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An
der Seitenplatte kann mindestens eine Säule angeformt sein,
an der wiederum eine weitere Platte des Werks befestigt sein kann.
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Auch
kann die Seitenplatte mindestens ein Bestandteil einer Gehäuserückwand
des Messgeräts sein.
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Das
Messelement kann eine Bourdonfeder, eine Membrankapselfeder, ein
Balg, eine Spiralrohrfeder oder eine Plattenfeder sein.
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Des
Weiteren kann das Messgerät ein Druckmessinstrument sein
und mit einem Druckanschluss versehen sein.
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Das
Werk kann ein Segmentwerk sein. Die Welle kann einen Zeiger oder
ein Anzeigeelement tragen.
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Weitere
Aufgaben, Vorteile und Gesichtspunkte ergeben sich aus den angehängten
Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und
der Zeichnung.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht, die die Hauptbestandteile
des erfindungsgemäßen Messgeräts zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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In
dem Ausführungsbeispiel ist das Messgerät als
ein Druckmessgerät realisiert. Dieses Druckmessgerät
besteht im Wesentlichen aus einem Federträger 1,
einer an dem Federträger 1 angebrachten Bourdonfeder
oder Rohrfeder 2 als Messelement, einem Werk 3,
einem Zeiger (nicht gezeigt) und einem Zifferblatt (nicht gezeigt)
zur optischen Anzeige eines Messwerts. Das Messelement kann jedoch
alternativ auch durch eine Membran, einen Balg oder eine Spiralrohrfeder
realisiert werden.
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Die
Rohrfeder dieses Ausführungsbeispiels hat ein freies Ende
oder Rohrfederendstück, d. h. ein Ende, das nicht an dem
Federträger befestigt ist und frei beweglich ist. Das Werk 3 ist
mit dem Rohrfederendstück 21 der Rohrfeder 2 wirkverbunden. Durch
diese Verbindung kann eine Bewegung des Rohrfederendstücks 21 zu
dem Werk 3 übertragen werden. Das mechanische
Werk 3 wandelt eine Bewegung des Rohrfederendstücks 21 in
eine Drehung einer Welle 31 um. Die Welle 31 steht
durch eine Bohrung in dem Zifferblatt hervor und der Zeiger ist an
dem hervorstehenden Ende der Welle 31 angebracht. Es ist
jedoch auch möglich, ein anderes Anzeigeelement als einen
Zeiger zu verwenden.
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Das
Werk 3 ist zusammen mit den Hauptbestandteilen des erfindungsgemäßen
Messgeräts in 1 gezeigt und hat die Welle 31,
an der der Zeiger anzubringen ist. Die Welle 31 ist beidseits
mittels Wellenlagern 32 an Seitenplatten 33 gelagert
und weist ferner ein Ritzel 34 auf. Die Welle 31 kann
jedoch auch nur einerseitig gelagert sein.
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Des
Weiteren hat das Werk 3 ein Segment 36, das mittels
einer Segmentwelle 37 zwischen den Seitenplatten 33 des
Werks 3 angeordnet ist. Die Segmentwelle 37 ist
beidseitig mittels Wellenlagern in den Seitenplatten 33 gelagert
und drehbar. Denkbar ist aber auch eine Anordnung, bei der die Segmentwelle 37 drehfest
mit den Seitenplatten 33 verbunden ist und das Segment 36 drehbar
an der Segmentwelle 37 angebracht ist. Auch kann die Segmentwelle
nur einseitig, d. h. fliegend gelagert sein. Das Segment 36 besitzt
ein Ende, das sich mit dem Ritzel 34 der Welle 31 in
Eingriff befindet. Das andere Ende des Segments 36 ist
mit dem Rohrfederendstück 21 wirkverbunden. Diese
Verbindung kann beispielsweise mit einer Zugstange erfolgen, die
einerseits gelenkig an dem Segment 36 gelagert ist und andererseits
gelenkig an dem Rohrfederendstück 21 gelagert
ist. Die Lagerstelle der Zugstange an dem Segment wird als Zugstangen-Anlenkpunkt
bezeichnet und kann verstellbar ausgeführt sein. Die Verstellung
des Anlenkpunkts dient der Anpassung des Ausschlags des Rohrfederendstücks
an den gewünschten Zeigerausschlag. Die Verstellung kann
durch eine Bewegung und entsprechende Platzierung der Lagerstelle
in einem Ausschnitt der Segmentwelle erfolgen. Denkbar ist jedoch
auch das Vorsehen eines biegbaren Abschnitts zum Einstellen des
Anlenkpunkts. Auch kann der Anlenkpunkt maschinell ermittelt werden
und die Zugstange dann genau an dieser Stelle befestigt werden.
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Ferner
ist eine Spiralfeder 38 in dem Werk 3 vorgesehen.
Das eine Ende der Spiralfeder 38 ist ortsfest in dem Werk 3 befestigt.
Dabei ist es denkbar, dass dieses Ende der Spiralfeder 38 an
einer der Seitenplatten 33 befestigt ist. Das andere Ende
der Spiralfeder 38 ist mit der Welle 31 verbunden.
Die Spiralfeder 38 ist so vorgesehen bzw. vorgespannt, dass
einer durch das Segment hervorgerufenen Drehung der Welle 31 eine
Rückstellkraft in entgegengesetzter Richtung entgegengebracht
wird. Dadurch wird gewährleistet, dass im Bewegungsablauf
immer dieselben Zahnflanken und Berührungsflächen
im Eingriff sind, damit das Spiel zwischen den bewegten Teilen nicht
zu Unsicherheiten in der Signalübertragung führen
kann. Es sind jedoch auch Alternativen zu einer Spiralfeder denkbar,
die dazu dienen, der Drehung der Welle 31 ein Moment entgegenzubringen.
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Ferner
sind zwischen den Seitenplatten 33 zusätzlich
Säulen 39 angeordnet, die an den Seitenplatten 33 befestigt
sind. Diese Säulen dienen dazu, die Seitenplatten auf einem
bestimmten Abstand zu halten. Dabei ist es denkbar, dass wenigstens
eine dieser Säulen 39 an einer der Seitenplatten 33 angeformt
ist. Die Seitenplatte 33 kann darüber hinaus selbst
Teil einer Gehäuserückwand des Messgeräts sein.
Auch ist es denkbar, dass nur eine Säule vorgesehen wird.
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Mindestens
eine der Seitenplatten 33 des Werks 3 ist aus
Leiterplattenmaterial hergestellt. Das Leiterplattenmaterial besteht
aus einem elektrisch isolierenden Material. An die Seitenplatte 33 können festhaftende
Leiterbahnen ausgebildet sein, an die ein Sensor 4 elektrisch
angebunden werden kann, der beispielsweise die Drehbewegung der
Welle 31 erfasst. Bei dem Ausführungsbeispiel
ist an der Welle 31 ein Magnet 35 mittels zweier
Magnethalter 311 angebracht. Dieser Magnet dreht sich mit
der Welle 31 und dient als Signalgeber zur Erfassung der
Bewegung der Welle 31 mittels des Sensors 4. Der
Sensor 4 kann beispielsweise ein AMR-Sensor oder ein Hall-Sensor
sein.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Sensor oder
ein Hall-Sensor zur Erfassung einer Drehbewegung der Welle verwendet.
Denkbar ist jedoch auch die Verwendung anderer Sensoren wie beispielsweise
ein Drehpotentiometer, ein kapazitiver Sensor, ein magneto-resistiver
Sensor oder ein optischer Sensor. Auch kann eine andere Bewegung
als die Drehung der Welle erfasst werden.
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Die
Anbindung des Sensors 4 an die Leiterplatte erfolgt typischerweise
durch Löten. Mit diesem Aufbringungsverfahren ist es möglich,
den Sensor 4 gleichzeitig mechanisch mit der Leiterplatte
und elektrisch mit den Leiterbahnen zu verbinden. Alternativ kann
das Anbinden des Sensors beispielsweise durch Klemmen oder Schweißen
erfolgen. Auch ist es denkbar, den Sensor direkt in der Leiterplatte
auszubilden. Dabei kann die Leiterplatte auch eine mehrlagige Leiterplatte
sein, bei der die Verbindungen zwischen den Lagen mit Durchkontaktierungen
realisiert werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das vorstehende ausführliche Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche abgewandelt
werden.
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Abgesehen
von der Verwendung in einem Druckmessgerät sind weitere
andere Verwendungsmöglichkeiten für den vorhergehend
beschriebenen Aufbau denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2004/0187590
A1 [0002]
- - WO 98/52007 A1 [0003]
- - JP 11-230842 A [0004]
- - JP 06-307952 A [0005]