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Vorrichtung zum Beleuchten von Meßinstrumenten od. dgl. Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beleuchten von Meßinstrumenten od. dgl. mit
vor einer Skala drehbarem Zeiger mittels Streulicht, bei welcher das Licht einer
Lichtquelle in den aus transparentem Material bestehenden Skalenträger und in den
Zeiger hineingeleitet wird und durch totale Reflexion an mindestens einer Abschrägungsfläche
oder an konischen Randflächen der Skala und/oder des Zeigers durch Diffusion die
Beleuchtungswirkung erzeugt.
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Es sind bereits Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen der Zeiger
und der Skalenträger »in Serie« von einer ringförmigen Lichtquelle aus beleuchtet
werden. Das Licht wird hierbei direkt in den Skalenträger in radial nach innen gerichteter
Richtung eingeleitet, erleuchtet den Skalenträger und wird dann vom inneren Umfang
des Skalenträgers auf das innere Ende des Zeigers übergeleitet, um diesen anschließend
zu beleuchten. Solche Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß der Zeiger nur
das Licht erhält, das von der Beleuchtung des Skalenträgers noch übrig ist. Bei
dieser Beleuchtung in Serie ist also entweder der Zeiger zu schwach beleuchtet,
oder es muß eine unverhältnismäßig starke Lichtquelle verwendet werden, was wiederum
zur Folge hat, daß der Skalenträger zu hell erleuchtet wird und auch dann keine
guten Ablesebedingungen geschaffen werden.
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Andere Vorrichtungen sind bekannt, bei denen das Licht von der Lichtquelle
durch ein Prisma entlang eines gewöhnlichen axialen Pfades zu einem Teil zum inneren
Rand des Skalenträgers geleitet wird, um diesen in radial nach außen gerichteter
Richtung zu erleuchten, und zum anderen Teil zum inneren Ende des Zeigers geführt
wird, um diesen zu erhellen. In diesem Fall erfolgt die Beleuchtung des Skalenträgers
und des Zeigers in paralleler Weise, so daß der vorstehend angedeutete Nachteil
nicht auftritt. Jedoch wird entlang des radial nach außen gerichteten Weges, auf
dem das Licht durch den Skalenträger tritt, ein Großteil des Lichtes, bis es den
äußeren Randbereich des Skalenträgers erreicht, in dem normalerweise die Skalenmarkierungen
angeordnet sind, absorbiert. Infolgedessen werden auch hier gute Sichtverhältnisse
nicht in zufrie,-denstellender Weise erreicht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die vorstehend angedeuteten Nachteile
behoben sind und die sich durch optimale Sicht- und damit Ableseverhältnisse auszeichnet.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß hinter dem Skalenträger, durch
eine ringförmige, undurchsichtige Blende von diesem getrennt, eine durch eine Lichtquelle
direkt beleuchtete transparente Scheibe mit konischen inneren und äußeren Randflächen
angeordnet ist und daß die ringförmige Blende hinsichtlich ihrer inneren und äußeren
Radien so bemessen ist, daß das durch die Scheibe fließende und von der inneren
und äußeren Randfläche reflektierte Licht in Form von zwei getrennten koaxialen
zylindrischen Bändern einerseits über den äußeren Rand des Skalenträgers in diesen
eintritt und die an seinem Randbereich angeordneten Merkmale der Skala erleuchtet
und andererseits in das Innere des Zeigers eintritt und diesen erleuchtet. Der Hauptvorteil
der Erfindung besteht dabei darin, daß zwei getrennte, parallele Lichtpfade im wesentlichen
gleicher Intensität von der Lichtquelle einesteils zum Zeiger (innerer Pfad) und
anderenteils zum Skalenträger (äußerer Pfad) vorhanden sind, um sowohl den Zeiger
als auch den Skalenträger in »paralleler Weise« zu beleuchten, während zur gleichen
Zeit sichergestellt ist, daß der äußere Randbereich des Skalenträgers, in dem sich
normalerweise die Skalenmarkierungen befinden, direkt und deshalb vorherrschend
beleuchtet wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch in hervorragender
Weise geeignet, insbesondere auch unter den erschwerten Bedingungen bei der Beleuchtung
von Bordinstrumenten in Flugzeugen zufriedenstellend zu arbeiten.
Eine
besonders vorteilhafte Bauart im Sinne der Erfindung wird erreicht durch einen sich
von der Scheibe durch die mittlere Öffnung der ringförmigen Blende hindurch erstreckenden
transparenten Naben-Körper mit konischen, das innere Lichtband auf dem inneren Rand
des Zeigers umlenkenden Endflächen, der für die Hindurchführung der Zeigerachse
zentrisch durchbohrt ist. Es ist jedoch auch durchaus möglich, daß der Nabenkörper
in entsprechender Weise mit dem Zeiger drehfest verbunden ist.
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Vorteilhafterweise besteht ferner im Rahmen der Erfindung die Lichtquelle
aus mindestens einer, vorzugsweise jedoch aus drei in Öffnungen der transparenten
Scheibe eingelassenen Lampen. Außerdem besteht in Weiterbildung der Erfindung der
Zeiger aus einem steifen transparenten Material mit einer doppelten reflektierenden
Abschrägungsfläche an seinem Anzeigeende.
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Eine Verbesserung wird im Rahmen der Erfindung ferner dadurch erreicht,
daß vor der äußeren konischen Randfläche des Skalenträgers eine ringförmige Abschirmung
angeordnet ist, die das aus dieser äußeren konischen Randfläche des Skalenträgers
austretende gebrochene Licht abblendet.
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Insbesondere die transparenten Körper der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bestehen vorzugsweise aus einem Kunstharz auf Methylmethacrylatbasis, dessen lichtübertragende
Eigenschaften hervorragend sind und dessen Grenzwinkel der totalen Reflexion bei
42,2° liegt, Dieser Werkstoff ist ferner besonders leicht, unzerbrechlich, wenig
temperaturempfindlich und leicht durch Formung zu bearbeiten.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und
den Zeichnungen, in denen eine Ausführungsform nach der Erfindung dargestellt ist.
In den Zeichnungen stellt dar Fig.1 einen Teillängsschnitt einer erfindungsgemäßen
Skalenbeleuchtungsvorrichtung, Fig. 2 eine teilweise aufgebrochen dargestellte Vorderansicht
und Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung, bei der die einzelnen Bauelemente
in axialer Richtung zerlegt dargestellt sind.
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Das zylindrische Außengehäuse 10 des Instrumentes, bei dem es sich
um ein Flugnavigationsinstrument handeln kann, ist am Außenrand mit einem Gewinde
11 versehen, auf das der Haltering 12 eines Abdeckglases 13 aufgeschraubt werden
kann. Das Glas 13 wird auf diese Weise gegen einen elastischen Dichtungsring 14
gedrückt. Dieser elastische Dichtungsring 14 ist einerseits zwischen dem
Glas 13 und andererseits zwischen der Stirnfläche des Außengehäuses 1O und
der Stirnfläche einer Innenhülse 15 eingespannt. Die Innenhülse wird dabei durch
die Elastizität des Ringes 14 gegen den Ringflansch 16 eines Innenrahmens oder zylindrischen
Innengehäuses 17 gedrückt, in welchem sich das Meßwerk des Instrumentes befindet.
Der Ringflansch 16 stützt sich seinerseits an einer inneren Schulterfläche 18 des
Außengehäuses 10 ab. Das Innengehäuse 17 dient in dem dargestellten Beispiel zur
gleichen Zeit zur Abstützung der verbesserten, noch zu erläuternden Anzeige- und
Beleuchtungsvorrichtung.
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Die Anzeigevorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Skalenträger
19 und einem Zeiger 20, Beide Elemente bestehen aus transparentem Werkstoff, bei
dem es sich beispielsweise um ein Kunstharz auf Methylmethacrylatbasis handelt,
welches auch unter dem Warenzeichen »Plexiglas« bekannt ist. Der Skalenträger 19
ist eine mit einer zentralen Öffnung versehene Scheibe, die an ihrer Rückseite mit
Markierungen 21 oder auch sonstigen Beschriftungen, beispielsweise mit weißer Farbe,
versehen ist, welche das Licht diffus zurückwerfen.
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Hinter dem Skalenträger befindet sich eine scheibenförmige, undurchsichtige
Blende 22, deren Vorderseite mit einem nicht reflektierenden Überzug von schwarzer
Farbe versehen ist. Diese Blende dient einerseits als Hintergrund, gegenüber dem
sich die das Licht diffus zurückwerfenden Inschriften des Skalenträgers abheben,
und andererseits dazu, die direkte Übertragung des von der Lichtquelle kommenden
Lichtes zu verhindern, wie sich dies auch aus der nachfolgenden Beschreibung noch
ergeben wird. Die scheibenförmige Blende 22 besteht vorzugsweise aus Metall, um
besser die Wärme ableiten zu können, die von den später noch erläuterten Lampen
erzeugt wird.
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Hinter der scheibenförmigen Blende 22 befindet sich eine transparente
Scheibe 27 aus Kunstharz auf Methyhnethacrylatbasis, die in ihrer Mitte mit einem
axial ausgerichteten zylindrischen Nabenkörper 30 versehen ist, der die axiale Öffnung
der Blende 22 und des Skalenträgers 19 durchdringt und über diesen. hinausragt.
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Die drei Scheibenkörper 19, 22 und 27 werden mit zwei Montageschrauben
45 (Fig. 2 und 3) zusammengehalten, welche Bohrungen der drei Scheiben durchgreifen,
Unterlegscheiben 46 tragen und in nicht dargestellte Gewinde des Innengehäuses 17
eingeschraubt sind.
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Der Nabenkörper 30 ist mit einer Axialbohrung 31 versehen, durch die
ein Führungsrohr 32 hindurchnagt, welches in seiner axialen Bohrung 37 die Zeigerachse
36 aufnimmt.
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In dem ausgewählten Beispiel besteht der Zeiger aus einer undurchsichtigen
küvettenartigen Abdeckkappe, deren Innenfläche mit der Achse 36 verbunden ist und
deren Ränder an zwei sich diametral g&-genüberliegenden Stellen eingeschnitten
sind, um
zwei Fußstücke 38, 39 zu bilden, welche in die Mittelebene der Abdeckkappe
zurückgebogen sind und dazu dienen, beispielsweise durch Verklebung mittels eines
Epoxyharzes, zwei aufeinander aus> richtete Stäbchen 20 und 40 zu befestigen, die
auch aus Methylmethacrylat bestehen, von denen das erste als eigentlicher Zeiger
-transparent und das zweite als Gegengewicht undurchsichtig ausgebildet ist.
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Die Rückseite des Zeigers 20 ist bei 41 mit das Licht diffus zurückwerfender
weißer Farbe angestrichen. Die undurchsichtige Abdeckkappe 35 bezweckt, wie sich
noch später zeigen wird, einer< direkten Durchtritt des Lichtes durch den Nabenkörper
zu verhindern.
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Die Lichtquelle wird in dem dargestellten Beispiel von drei kleineren
Glühlampen 23 gebildet, deren Fassungen im Innengehäuse 17 vorgesehen sein können.
Die Lampen ragen in drei Öffnungen 24 hinein, die, jeweils um 120° gegeneinander
versetzt; in die transparente Scheibe 27 eingearbeitet sind. Dank dieser Anordnung
kann als Mittelebene der Lichtquelle die Mittelebene der transparenten Scher-' ben
27 angesehen werden. In dem dargestellten Beispiel ist jede der Lampen 23 von einem
ringförmigen Farbfilter 44 umgeben. -
Das von den drei Lampen kommende
Licht breitet sich über die Masse der transparenten Scheibe 27 aus und verteilt
sich dann zur Beleuchtung des Zeigers und des Skalenträgers auf voneinander getrennte
Pfade, die nacheinander betrachtet werden sollen.
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Um einen optischen Beleuchtungspfad für den Zeiger zu schaffen, bringt
man an den Enden des zylindrischen Nabenkörpers 30 vorn und hinten zwei nach innen
gerichtete Abschrägungen, konische Endflächen 34 und 33, an, die etwa unter einem
Winkel von 45° gegensinnig verlaufen. Die Mittelebene der hinteren konischen Endfläche
34 fällt etwa mit der Mittelebene der Scheibe 27 und damit mit der Mittelebene der
Lichtquelle zusammen. Die Mittelebene der vorderen konischen Endfläche 33 fällt
etwa mit der des Zeigers 20 zusammen. Auf diese Weise gelangt das von den drei Lampen
23 kommende Licht über die Scheibe 27 nach einer inneren Reflexion an der hinteren
konischen Endfläche 34 über den zylindrischen Nabenkörper 30 achsparallel und nach
einer nochmaligen Reflexion an der vorderen konischen Endfläche 33 in das transparente
Stäbchen, das den Zeiger bildet. Durch eine diffuse Reflexion auf der das Licht
diffus zerstreuenden Rückseite des Zeigers wird der letztere klar sichtbar gegenüber
dem undurchsichtigen Hintergrund der Blende 22, die durch den Skalenträger 19 zu
sehen ist. Das nach innen weisende Ende 29 des Zeigerstäbchens 20 ist konzentrisch
zur Achse des Zeigers kreisbogenförmig ausgebildet. Die Spitze 42 des Zeigerstäbchens
ist zweiseitig angespitzt, wodurch nicht nur die gewollte genaue Ablesung möglich
wird, sondern ferner auch noch durch entsprechend berechnete Anspitzwinkel für eine
totale Reflexion des Lichtes gesorgt wird, das dann nicht mehr aus dem Zeiger austreten
kann, sondern diesen ausschließlich durch inneres diffuses Licht erhellt. Im übrigen
verhindert auch die zentrale Abdeckkappe 35 mit ihrem Rand und das undurchsichtige
Gegengewichtsstäbchen 40 einen Austritt des Lichtes.
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Um den Skalenträger 19 zu beleuchten, wird ein zweiter optischer Pfad
geschaffen, der den zuvor erläuterten Lichtpfad ergänzt. Zu diesem Zweck sind am
Außenrand der Scheibe 27 und der Skalenträgerscheibe 19, die beide einen größeren
Durchmesser haben als die zwischen ihnen angeordnete undurchsichtige scheibenförmige
Blende 22, gegeneinander gerichtete Abschrägungen, konische Randflächen 26 und 25,
vorgesehen. Auf diese Weise wird das über die Scheibe 27 verteilte Licht mittels
der Abschrägung 26 in ein zylindrisches Lichtband umgewandelt, welches den Zwischenraum
zwischen der Scheibe 27 und dem Skalenträger 19 überquert, dann in den Skalenträger
19 eindringt und dort erneut an der Abschrägung 25 reflektiert wird, um sich dann
in der transparenten Masse des Skalenträgers 19 auszubreiten und dabei in diesem
Skalenträger die Skalenmarkierungen und Beschriftungen 21 durch ausschließlich diffuse
Reflexion zu beleuchten.
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Um zu verhindern, daß durch Brechung an der Abschrägung 25, beispielsweise
infolge von Oberflächenfehlern, Licht austritt, ist diese Abschrägung in geringem
Abstand von einer vorspringenden ring förmigen Abschirmung 28 überdeckt, die von
einem vorstehenden Teil der Innenmuffe 15 gebildet wird.
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Es versteht sich, daß von den Lichtstrahlen, die sich über den Werkstoff
der Scheibe 27 in Richtung des einen oder des anderen beschriebenen optischen Pfades
ausbreiten, einige schräggerichtete Lichtstrahlen auf die Scheibenfläche auftreffen
und dort mehrfach totalreflektiert werden, bis sie unter verschiedenartigen Einfallswinkeln.
die Abschrägungsfläche erreichen und dann in den axialen Teil ihres Lichtpfades
übergehen. Um die Lichtübertragungen in der Scheibe 27 zu begünstigen, ist die Rückseite
der Blende 22, die an der Scheibe 27 anliegt, vorzugsweise mit einer das Licht diffus
zurückwerfenden Schicht überzogen, die beispielsweise durch weiße Farbe gebildet
sein kann. Dank dieser Anordnung breitet sich das von den drei Lampen 23 kommende
Licht nahezu gleichförmig in der Masse der Scheibe 27 und des zylindrischen Nabenkörpers
30 aus, so daß, selbst wenn durch Störung eine der Lampen erlöschen sollte, nur
eine einfache allgemeine Helligkeitsverminderung an der Skala und an dem Zeiger
auftritt, jedoch nicht die Verdunkelung eines einzelnen Sektors zu erwarten ist.
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Gemäß einem weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnungen brauchen
die reflektierenden Flächen nicht hochgradig poliert zu werden. Es genügt vielmehr,
die einzelnen Methyhnethacrylatharzteile durch ein übliches Formen herzustellen,
wie es für plastische Kunststoffe bekannt ist. Die hierbei zu erreichende Oberflächengüte
der Abschrägungen reicht für die Zwecke der vorliegenden Erfindung völlig aus, so
daß kein besonderer Poliervorgang erforderlich wird.
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Wenn bei Tageslicht die Lampen 23 ausgeschaltet sind, wird das äußere
Licht von der weißen Farbe des Zeigers und der Skalenbeschriftungen diffus zurückgeworfen,
aber von der undurchsichtigen Oberfläche der Blende 22, die sich hinter dem größten
Teil der Skalenscheibe befindet, absorbiert, so daß das Instrument ausgezeichnet
abzulesen ist. Wenn bei Nacht die Lampen 23 eingeschaltet sind, werden die Zeiger
und die Skalenmarkierungen gleichfalls durch diffuse Reflexion von dem Licht der
Lampen beleuchtet, welches vorzugsweise rot ist, wenn die Farbfilter 44 diese Farbe
haben.
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Es lassen sich selbstverständlich zahlreiche abgewandelte Ausführungsformen
für die vorliegende Erfindung finden, ohne deren Rahmen zu verlassen. So ist es
beispielsweise, wie bereits erwähnt, nicht erforderlich, daß der zylindrische Nabenkörper
30 einteilig mit der Scheibe 27 hergestellt wird. Der Nabenkörper 30 könnte beispielsweise
auch ein fester Bestandteil des drehbaren Zeigers, des Skalenträgers 19 oder der
Blende 22 sein oder sogar ein unabhängiges Bauelement bilden. Wenn der Zeiger 20
nur über einen beschränkten Kreisbogen dreht, kann an Stelle eines Nabenkörpers
30 ein dem Arizeigebogen entsprechendes Nabensegment vorgesehen sein.