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Vorrichtung zum wahlweisen Ferneinstellen eines Zeichens aus einer
Gruppe Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum wahlweisen Ferneinstellen
eines Zeichens aus einer Gruppe von einem drehbaren magnetischen Folgeglied zugeordneten
diskreten Zeichen.
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Bekannte Vorrichtungen dieser Art, die für diesen Zweck vielfach verwendet
werden, sind ausgestattet mit einer von einem Geber aus fernsteuerbaren elektromagnetischen
Einrichtung zum Erzeugen eines von mehreren das Folgeglied ausrichtenden Feldern,
deren Feldvektoren im Winkelabstand um ein gemeinsames Zentrum verteilt sind, das
mit der Achse des Folgegliedes zusammenfällt, wobei die Zahl der wählbaren fernsteuerbaren
Magnetfelder der Anzahl diskreter Zeichen entspricht.
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Bei diesen bekannten Vorrichtungen sind die elektromagnetischen Einrichtungen
in der Regel so ausgebildet, daß immer zwei Feldvektoren die gleiche Achse haben,
aber entgegengesetzt gerichtet sind, wobei sie je einem anderen Zeichen zugeordnet
sind. Dadurch entstehen bei Vorrichtungen mit sprunghafter Umschaltung der Feldvektoren
Schwierigkeiten bezüglich der Einstellung des Folgegliedes. Wenn nämlich zunächst
das dem einen Feldvektor zugeordnete Zeichen eingestellt wird und das Folgeglied
unter der Wirkung dieses Feldes in die entsprechende Stellung gelangt ist und im
Anschluß daran das dem entgegengesetzten Feldvektor zugeordnete Zeichen eingestellt
werden soll, dann fällt der entgegengesetzte Feldvektor im Augenblick seiner Erzeugung
mit der Achse des auf den erstgenannten Feldvektor ausgerichteten Folgegliedes zusammen.
Das Folgeglied kommt infolgedessen in ein labiles Gleichgewicht, aus dem es erst
herausgebracht werden muß, bevor es sich unter dem Einfluß des neuen Feldes in die
diesem entsprechende Stellung bewegen kann. Wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen
sind, bleibt es zufälligen Einwirkungen, die z. B. durch kleine Herstellungsungenauigkeiten,
Erschütterungen usw. bedingt sein können, überlassen, das Folgeglied aus dem labilen
Gleichgewicht herauszubringen.
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Es sind bereits Maßnahmen getroffen worden, durch die auch diese Schwierigkeiten
beseitigt werden können. Diese bekannten Maßnahmen bestehen darin, dafür zu sorgen,
daß aufeinanderfolgende Geberstellungen Empfängerstellungen hervorrufen, die durch
eine oder mehrere Zwischenstellungen voneinander getrennt sind. Die Zwischenstellungen
werden dabei so gewählt, daß zu Beginn der Umschaltung immer ein großes Anfangsdrehmoment
auf den Anker wirkt. Diese bekannte Maßnahme hat in erster Linie den Zweck, die
Reibung des Ankers zu überwinden und eine genaue Ankereinstellung zu gewährleisten.
Sie erfordert eine umständliche Schaltung des Gebers und verlängert auch den Umschaltvorgang
im ganzen.
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Die Erfindung ist speziell auf die Beseitigung der obengenannten Schwierigkeiten
gerichtet und beschreitet hierfür einen neuartigen Weg, der weder eine besondere
umständliche Schaltung des Gebers bedingt noch den Umschaltvorgang verlängert. Dieser
neuartige Weg besteht gemäß der Erfindung darin, daß jedem der durch die elektromagnetischen
Einrichtungen fernsteuerbaren Magnetfelder ein dauernd magnetisches oder magnetisierbares
Element zugeordnet ist, das das Folgeglied nach dem Verschwinden des zugehörigen
fernsteuerbaren Magnetfeldes aus einer ersten Stellung, die es unter der Wirkung
des Magnetfeldes einnimmt, um ein Stück in eine zweite Stellung weiterdreht, die
zwischen dem Vektor des verschwundenen fernsteuerbaren Magnetfeldes und dem Vektor
des benachbarten fernsteuerbaren Magnetfeldes liegt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelangt das Folgeglied nach
dem Verschwinden des Magnetfeldes stets in eine Stellung, in welcher es mit jedem
der fernsteuerbaren Magnetfelder, die erzeugt werden können, einen Winkel einschließt,
so daß es sich bei
der erneuten Erzeugung eines solchen Feldes niemals
in. einem labilen Gleichgewicht befindet und rasch in die Stellung gelangt, die
dem nachfolgend erzeugten fernsteuerbaren Magnetfeld entspricht.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die Zeicheneinstellung vorzunehmen.
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Eine Möglichkeit besteht darin, daß das Folgeglied und mit ihm das
gewählte Zeichen durch das fernsteuerbare Magnetfeld in eine Voranzeigestellung
und durch das zugehörige dauernd magnetische oder magnetisierbare Element in seine
endgültige Anzeigestellung gelangt. In diesem Falle wird die elektromagnetische
Einrichtung von dem Geber nur kurzzeitig betätigt, um das Folgeglied in die Voranzeigestellung
zu bringen, woraufhin das dieser Voranzeigestellung entsprechende fernsteuerbare
Magnetfeld wieder verschwindet und das Folgeglied für die endgültige Einstellung
durch das dieser Voreinstellung zugeordnete magnetische oder magnetisierbare Element
freigibt. Dieses magnetische oder magnetisierbare Element zieht dann das Folgeglied
in seine endgültige Stellung, in welcher das Zeichen in einem Fenster od. dgl. zur
Anzeige gelangt, und hält es in dieser Stellung fest.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß das Folgeglied und mit
ihm das gewählte Zeichen durch das fernsteuerbare Magnetfeld in seine endgültige
Anzeigestellung gelangt. In diesem Falle wird die elektromagnetische Einrichtung
durch den Geber so lange betätigt und das durch das fernsteuerbare Magnetfeld eingestellte
Folgeglied durch dieses so lange festgehalten, wie die Anzeige des gewählten Zeichens
erwünscht ist. Wenn die Anzeige nicht mehr benötigt wird, wird das fernsteuerbare
Magnetfeld abgeschaltet, und das Folgeglied gelangt dann in die durch das zugehörige
magnetische oder magnetisierbare Element bestimmte Stellung, die jetzt eine Vorbereitungsstellung
für die nächste Zeicheneinstellung darstellt.
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In jedem der vorstehend erläuterten beiden Fälle wirkt zu Beginn der
Erzeugung eines Magnetfeldes durch die von dem Geber gesteuerte elektromagnetische
Einrichtung und damit zu Beginn der Ferneinstellung eines neuen Zeichens ein verhältnismäßig
großes Drehmoment auf das Folgeglied, so daß immer eine rasche Zeicheneinstellung
gewährleistet ist.
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In, den Zeichnungen ist ein, Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Darin ist Fig.1 eine ausschnittsweise Vorderansicht einer Anzeigetafel zur Darstellung
der Art, auf welche ein Montagesatz von Anzeigeeinheiten nach der Erfindung für
die Anzeige einer mehrstelligen Zahl angebracht werden kann, Fig. 2 eine perspektivische
Darstellung einer der Anzeigeeinheiten nach der Erfindung, Fig. 3 eine in der Achsrichtung
auseinandergezogene perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung der wesentlichen
Bestandteile der Anzeigeeinheit nach Fig. 2, Fig. 4 eine Darstellung teilweise in
Draufsicht und teilweise im Schnitt entlang eines Durchmessers der Anzeigeeinheit
nach Fig. 2, Fig. 5 ein Stromkreisschema zur Darstellung des elektrischen Anschlusses
der Elektromagneten innerhalb der Anzeigeeinheit nach Fig. 2 und der Art der Betätigung
derselben, Fig. 6 A bzw. 6 B Seiten- und Vorderansicht der Anzeigeeinheit zur Darstellung
der Winkelstellung einiger Bauteile gegeneinander bei einem bestimmten elektrischen
Zustand und Fig. 7 A bzw. 7 B Seiten- und Vorderansicht der Anzeigeeinheit zur Darstellung
der gegenseitigen Winkelstellung der gleichen Bauteile bei einem anderen elektrischen
Zustand.
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Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Schalt- oder Anzeigetafel
11 mit einem rechteckigen Sichtfenster 12, durch das die Zeichenanzeigeteile
einer mechanisch nebeneinandergeschalteten Gruppe gleichartiger Anzeigeeinheiten
13 nach der Erfindung sichtbar sind. Wie aus der weiteren Beschreibung folgt, können
die betreffenden Anzeigeeinheiten 13 Zeichen beliebiger gewählter Art zur
Anzeige in Abhängigkeit von den elektrischen Impulsen tragen. Diese gewählten Zeichen
hängen natürlich von dem speziellen Verwendungszweck ab. Wird z. B. angenommen,
daß jede Einheit alle zehn Ziffern des dekadischen Systems trägt, so kann die in
Fig. 1 dargestellte Vorrichtung eine ablesbare Anzeige des Ergebnisses eines elektronischen
Zählers mit fünf Stellen gestatten. Andererseits ist es jedoch nicht unbedingt notwendig,
daß die Anzeige aus Ziffernzeichen besteht, es können viehmehr einige oder alle
Anzeigeeinheiten statt Ziffern Buchstaben des Alphabetes oder besondere Symbole
tragen, die sich jeweils nach den Geräten richten, für die die Vorrichtung verwendet
werden soll.
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Fig. 2 bis 7 zeigen die besonderen mechanischen und elektrischen Einheiten
einer der Anzeigeeinheiten 13 nach Fig. 1 sowie deren Wirkungsweise. Mit Rücksicht
darauf, daß bei der überwiegenden Mehrzahl der Verwendungsfälle für Anzeigevorrichtungen
dieser allgemeinen Art eine Anzeige in Zahlen des dekadischen Systems in -Frage
kommt, wurde zur Veranschaulichung und Besprechung eine Anzeigevorrichtung für diese
Verwendungsfälle gewählt. Dabei ist natürlich zu berücksichtigen, daß durch verhältnismäßig
einfache Änderungen der Konstruktion die Grundgedanken dieser Erfindung auch auf
Anzeigevorrichtungen für die Anzeige einer größeren oder geringeren Anzahl von Stellen,
Buchstaben oder Symbolen angewendet werden können.
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Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung zur allgemeinen Veranschaulichung
der äußeren Merkmale der Anzeigevorrichtung nach der Erfindung. Alle elektrischen
und mechanischen Bauteile der Anzeigeeinheit sind innerhalb eines dünnwandigen zylindrischen
Gehäuses 14 vollständig eingeschlossen, in dem sich ein einziges rechteckiges Sichtfenster
15 befindet, durch das die auf dem zylindrischen Außenmantel einer koaxialen Rolle
oder eines Läufers 16 befindlichen Ziffern sichtbar gemacht werden.
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Von der Anzeigeeinheit ist eine Anzahl von Drähten 18 zum Anschluß
an einen äußeren Stromkreis zur elektrischen Steuerung der Zahlenanzeige nach außen
geführt.
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Fig. 3 und 4 zeigen die mechanischen Einzelheiten der einzelnen wesentlichen
Bestandteile im auseinandergezogenen sowie auch im zusammengebauten Zustand. Wie
ersichtlich, besteht das Gehäuse 14 aus einem verhältnismäßig kurzen Zylinder, dessen
eines Ende mit einer kreisrunden Stirnwand verschlossen ist. Die Kanten des Sichtfensters
15 können zur Betonung des Umrisses desselben und zur Hebung des äußeren Eindrucks
abgeschrägt sein. Am geschlossenen
Ende des Gehäuses 14 ist eine
vorspringende, ringförmige Kante 25 gebildet, die bei 26 (Fig. 4) abgeschrägt ist,
so daß diese genau in die von der kreisrunden Kante 27 begrenzte Aussparung einer
benachbarten Anzeigeeinheit 13 hineinpaßt. Auf diese Weise kann die Anordnung nach
Fig. 1 gebildet oder eine beliebige größere oder kleinere Gruppe von Anzeigeeinheiten
zu einer starren Konstruktion zusammengebaut werden. Die innere Kante des ringförmigen
Vorsprungs 25 begrenzt ein Gebiet von kreisförmigem Umriß, das geeignet ist, eine
scheibenförmige, magnetische Stirnplatte 31 aufzunehmen, die mit einer aasgesenkten
Öffnung 32 in der Mitte und drei symmetrisch angeordneten aasgesenkten Durchgangslöchern
33 versehen ist. Eine Öffnung 34 in der Stirnwand des Gehäuses 14 liegt axial ausgerichtet
mit der Öffnung 32, und mit den Löchern 33 fluchten drei bogenförmige Langlöcher
35. Die Dicke der Stirnplatte 31 entspricht genau der Tiefe der Aussparung innerhalb
des ringförmigen Vorsprungs 25. Wenn folglich die Platte ordnungsgemäß eingesetzt
ist und die Flachkopfschrauben 36 und 37 durch die zugehörigen aasgesenkten Löcher
durchgesteckt sind, weist die Einheit eine glatte Abschlußfläche auf, wie dies am
besten aus. Fig. 4 ersichtlich ist.
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An der Stirnwand des Gehäuses 14 ist ein Schlitz 41 vorgesehen, der
sich bis zu einer kleinen Kerbe in der zylindrischen Mantelfläche erstreckt. Wie
am besten aus Fig. 4 ersichtlich, gestattet diese Anordnung das Herausführen der
Drähte 18 ohne Beeinträchtigung der Lagerung der Stirnplatte 31 in der von dem Ringvorsprung
25 begrenzten Aussparung.
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Die Rolle 16 ist, wie dargestellt, mit einer Nabe 43 in der Mitte
ausgestattet, die mit der runden Stirnwand 44 aus einem Stück gebildet ist und in
diese übergeht. Diese Stirnwand 44 trägt ihrerseits den ebenfalls mit ihr aus einem
Stück bestehenden, mit den Schriftzeichen versehenen zylindrischen Mantel 17.
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Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die kreisrunde Stirnwand der Rolle
16 durch mehrere verhältnismäßig große Lochungen 21 unterbrochen ist, die in vorteilhafter
Weise das Trägheitsmoment der Rolle vermindern und folglich die Geschwindigkeit
des Aassprechens auf Impulse von außen erhöhen.
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In der Nabe 43 und einem Dauermagneten 46 befinden sich zusammengepaßte
Keilnuten, in die ein Keil eingepaßt ist. Der Dauermagnet 46 hat spitzbogenförmige
oder in ähnlicher Weise scharfkantig zugespitzte Magnetpole. Im zusammengebauten
Zustand (Fig. 4) drehen sich der Magnet 46 und die Rolle 16 gemeinsam.
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Die Rolle 16 ist innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 14 von einem
Aufsteckzapfen 51 getragen: Wie dargestellt, ist der Aufsteckzapfen 51 mit einem
axialen Gewindeloch 52 versehen, in das in zusammengebautem Zustand eine Schraube
36 eingeschraubt ist. Ein umlaufender Bund 53 dient als Sitz, der zur sicheren Anlage
des Aufsteckzapfens 51 an der Innenwand des Gehäuses 14 bestimmt ist. Die
Zylinderfläche 54 nimmt ein Kugellager 55 auf, das im zusammengebauten Zustand (Fig.
4) die Rolle 16 drehbar im Gehäuse 14 trägt. Die umlaufenden Bauteile sind durch
einen tellerförmigen Deckel 56, der mittels eines Schnappringes 57 gehalten
ist, gegen Staub und Schmutz geschützt.
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Innerhalb des Gehäuses 14 ist symmetrisch und koaxial ein elektromagnetischer
Ständer 61 angeordnet. Die Art, auf welche dieser Bauteil konstruiert ist, ist am
besten aus Fig. 3 im Verein mit Fig. 4 und 6 A ersichtlich. Die magnetische Komponente
dieser Anordnung ist ein Wulstkörper 62, der aus mehreren geschichteten Eisenlamellen
zusammengesetzt ist. Wie aus Fig.6A ersichtlich, ist jede der magnetischen Kernlamellen
ein ebener, kreisringförmiger Stanzkörper aus magnetischem Material, der mit einem
verhältnismäßig schmalen Einschnitt oder Schlitz 63 versehen ist. Beim Zusammenbauen
des magnetischen Ständers 61 wird die erforderliche Anzahl von Lamellen, z. B. laut
Zeichnung fünf, so übereinandergelegt, daß sich die Schlitze 63 in der Querrichtung
decken. Dann werden die Lamellen gemeinsam an den Einschnitten aufgebogen, so daß
sie die Form einer Schraubenwindung annehmen, und im vorliegenden Falle einer dekadischen
Anzeigevorrichtung zehn Spulenkörper 64, die mit je einer Magaetspulenwicklung 65
bewickelt sind, auf die Magnetkernkonstruktion aufgeschoben. Wie am besten aus Fig.
6A ersichtlich, sind die Spulenkörper 64 so bemessen, daß sie, wenn sie sich in
ihrer endgültigen Lage befinden, am eingeschriebenen Kreis sich mit ihren Kanten
berühren. Bei dieser Anordnung erübrigt sich die Verwendung von Distanzgliedern
oder anderen Einrichtungen, die sonst notwendig wären, um eine annehmbar symmetrische
Verteilung der Magnetspulen 65 über den Umfang des Lamellenkernes zu gewährleisten.
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Wenn alle Magnetspulen aufgefädelt sind, wird der Lamellenkern zum
Zurückkehren in seine normale Kreisform freigegeben, und anschließend wird jede
der Lamellen gegen die übrigen mittels eines Schraubenziehers oder eines ähnlichen
Werkzeugs um einen solchen Betrag verdreht, daß zur Vermeidung eines ausgeprägten
Luftspaltes die einzelnen Einschnitte 63 gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.
Zum Beispiel kann bei Verwendung von fünf Lamellen der Betrag, um den die einzelnen
kreisringförmigen Lamellen gegeneinander versetzt sind, annähernd 72° betragen.
Unter diesen Umständen ist die Wirkung der einzelnen von den Einschnitten gebildeten
Luftspalte unbedeutend und kann vernachlässigt werden. Die Anzahl der Windungen
jeder einzelnen Magnetspule 65 hängt von Konstruktionsfaktoren, wie der angewendeten
Spannung, ab, kann aber für allgemeine Verwendungszwecke mehrere tausend bei Verwendung
von feinem Draht betragen.
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Fig.5 ist ein Stromkreisschema zur Veranschaulichung der symmetrischen
Anordnung der Magnetspulen 65 im Kreis auf dem (in der Figur nicht gezeigten) magnetischen
Kern. Zur Bezeichnung der Wicklungsrichtung wurde die herkömmliche Bezeichnung durch
einen Punkt für jede Wicklung verwendet, und wie die Darstellung zeigt, ist jeweils
das bezeichnete Ende einer Wicklung mit dem nicht bezeichneten Ende der nächsten
benachbarten Wicklung verbunden. Was also das magnetische Feld betrifft, ist dieses
äquivalent mit einer durchgehenden wulstförmigen Wicklung mit Anzapfungen um den
Kern 62.
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Die Drähte 18 für die Betätigung von außen sind an den Verbindungsstellen
zwischen je zwei benachbarten Wicklungen angeschlossen. Die je zwei benachbarten
Wicklungen 65 verbindenden Drähte sind in Fig. 6A nicht gezeigt, jedoch erscheint
die Gruppe der Leitungsdrähte 18 sowohl in Fig. 4 als auch in Fig. 6A. Die
Zahl der Leitungsdrähte 18 stimmt
natürlich genau mit der Anzahl
der Wicklungen auf dem wulstförmigen Magnetkern 62 überein, und bei dekadischer
Anzeige beträgt sie selbstverständlich zehn.
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Wenn die Wicklungen 65 ordnungsgemäß auf dem magnetischen Kern aufgebracht
sind und die Leitungsdrähte 18 entsprechend angeschlossen sind, wird die Anordnung
von Elektromagneten in eine gestanzte oder geformte, offene wulstförmige Hülle 66
aus nichtmagnetischem Material eingelegt. Anschließend wird die Wicklungskonstruktion
in Isoliermasse oder eine Kunststoffmasse 67 eingebettet, die nicht nur die Wicklungsordnung
starr in ihrer Lage in Bezug auf die Hülle 66 festhält, sondern auch die elektrischen
Teile dauernd gegen Feuchtigkeit abdichtet. Während des Verkapselns können im. Bereich
zwischen den Wicklungen drei symmetrisch angeordnete Gewindelöcher richtig fluchtend
zur Aufnahme von Schrauben 37 zum Befestigen des elektromagnetischen Ständers 61
an der Innenfläche der Stirnwand des Gehäuses 14 gebildet werden.
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In dem Raum zwischen dem Magneten 46 und der inneren Fläche des Ständers
61 ist ein verhältnismäßig dünner nichtmagnetischer zylindrischer Ring 71 angeordnet.
Dieser Bauteil ist, wie am besten aus Fig. 3 und 6 A ersichtlich, mit einer Anzahl
von kleinen, rechteckigen Nuten 72 versehen, die gleich ist der Zahl der Elektromagneten
65 im Ständer und somit auch der Zahl der auf dem Umfang der Rolle erscheinenden
Ziffern. Die Nuten 72 sind über den Umfang des Zylindermantels in genau gleichen
Winkelabständen verteilt angeordnet, bei dekadischer Anzeige also, wie dargestellt,
in Winkelabständen von genau 36°.
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In gleicher Anzahl sind statisch magnetisierbare Teile, vorzugsweise
in der Form von Eisenstäbchen 73 von rechteckigem Querschnitt vorgesehen und in
je einer der Nuten 72 festgekittet oder auf andere Weise befestigt. Wie Fig. 6 A
zeigt, ist der Querschnitt dieser magnetisierbaren Bauteile so bemessen, daß sie
den hierfür vorgesehenen Raum in dem zylindrischen Ringglied 71 genau ausfüllen.
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Fig. 4 zeigt, wie die in Fig. 3 getrennt dargestellten Bauteile zu
einer Anzeigeeinheit der in Fig.2 gezeigten Art zusammengefügt sind. Die genaue
Reihenfolge beim Zusammenbau ist zwar nicht entscheidend, in einem typischen Fall
jedoch kann die kreisrunde Stirnplatte 31 in die dafür vorgesehene Aussparung eingesetzt
werden und dann der Ständer 61 mittels Schrauben 37 (zunächst nur lose bis zum endgültigen
Justieren) befestigt werden. Das zylindrische Ringglied 71 wird vorzugsweise in
die Hülle 66 eingepreßt oder an deren Innenfläche anzementiert, und diese zusammengesetzte
Einheit ist um die Kante des nach innen vorspringenden zylindrischen Vorsprungs
75 an der Innenfläche der Stirnwand des Gehäuses 14 drehbar. Die Winkelbeziehung
der magnetischen Stäbchen 73 und des Spulensatzes wird noch eingehend besprochen.
Der nebengeordnete Montagesatz, der den Aufsteckzapfen 51, das Kugellager 55, den
Staubdeckel 56, den Klemmring 57, den Magneten 46 und die Rolle 16 umfaßt, wird
in der dargestellten Stellung mit einer einzigen Schraube 36 befestigt.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird nun die Betätigungsweise der Anzeigevorrichtung
kurz besprochen. Wie dargestellt, ist jeder der Leitungsdrähte 18, die zur Erleichterung
der Montage durch verschiedene Farben gekennzeichnet sein können, zu Kontakten,
z. B. 76 und 77, geführt. Die Wicklungen werden von einer Gleichstromquelle, die
als Batterie 78 dargestellt ist, über drehbare Schaltarme 79 und und 80 erregt,
die, wie schematisch durch die unterbrochene Linie 82 angedeutet, im Gleichlauf
angetrieben sind und in einem solchen Abstand liegen, daß sie jeweils zwei gegenüberliegende
Kontakte, z. B. 76 und 77, berühren. Die Wirkung des Stromkreises besteht darin,
daß ein Strom 1 zum Fließen gebracht wird, der sich über zwei gegenüberliegende
symmetrische Hälften des von den Wicklungen 65 gebildeten Kreises teilt. Das Ergebnis
dieser beiden Ströme Z ist die Bildung eines diametral gerichteten magnetischen
Kraftfeldes, das durch den Vektor B bezeichnet ist.
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Der Vektor B stellt eines von zehn möglichen unterschiedlichen diametralen
magnetischen Kraftfeldern dar, die durch die Drehung der Schaltarme 79 und 80 erzeugt
werden können. Jedes dieser Kraftfelder hat die Wirkung, daß die betreffende Ziffer
in das Blickfeld gerückt wird, und ist von den benachbarten Feldern durch den im
Winkel gemessenen Abstand zwischen je zwei benachbarten Wicklungen 65 getrennt.
Dieser beträgt bei dekadischer Anzeige 36°, jedoch kann eine gewisse Abweichung
von dieser Verteilung erwartet werden, da, wie früher erwähnt, ein hoher Genauigkeitsgrad
bei der Montage der Wicklungen 65 auf dem tragenden Kern keine Grundbedingung ist.
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Die Anwendung von diametral gegenüberliegenden Schaltarmen 79 und
80 zur Erzielung einer Drehung des Vektors B ist natürlich nicht die einzige Möglichkeit,
um eine gewünschte Ausrichtung des Magnetfeldes herbeizuführen. Wenn z. B. eine
Anzeigeeinheit als Endglied eines Rechenwerkes verwendet wird, können alle zehn
Drähte 18 direkt mit dem Rechenwerk verbunden werden und somit eine bestimmte Ziffer
in das Blickfeld gerückt werden.
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An Hand der Fig. 6 A und 7 A wird nun die gegenseitige Stellung gewisser
wesentlicher Bauteile der montierten Anzeigevorrichtung sowie die Bedeutung und
Nützlichkeit der magnetischen Glieder 72 besprochen. Zu Bezugszwecken wurde vom
Mittelpunkt durch einen Punkt zwischen zwei benachbarten Spulenkörpern 64 eine Linie
81 eingezeichnet. Diese Linie soll dazu dienen, die Stellung eines der zehn unterschiedlichen
Magnetfeldvektoren B, z. B. des einen in dem Stromkreisschema der Fig. 5 dargestellten,
festzulegen.
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Diese Figuren zeigen, daß der Zylinderring 71 innerhalb des Ständers
befestigt und innerhalb des Gehäuses 14 so ausgerichtet ist, daß er zwischen je
einem bestimmten Magnetglied 73 und dem dazugehörigen Halbwinkelpunkt zwischen benachbarten
Elektromagneten einen im wesentlichen gleichförmigen Winkelabstand schafft, der
in der Zeichnung mit 0 bezeichnet ist.
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Wenn, wie in Fig. 5 gezeigt, Strom fließt und angenommen wird, daß
die Vorrichtung einwandfrei justiert ist, wird der spitzpolige Magnet 46 schnell
umlaufen und sich auf den Feldvektor B (Fig. 6 A) einstellen, und die ausgeprägten
Pole N, S fallen auf die Linie 81. Wenn ferner angenommen wird, daß das einer
derartigen Stromzufuhr entsprechende Schriftzeichen die Ziffer 5 ist, so ist die
Art, wie die Ziffer 5 im Sichtfenster erscheint, in Fig. 6 B dargestellt.
Es
ist daraus zu ersehen, daß die Ziffer 5 um einen geringen Betrag außermittig im
Fenster erscheint. Wenn nun der Strom 1 unterbrochen wird, entfällt das durch den
Vektor B bezeichnete Magnetfeld, und dies hat zur Folge, daß wegen der Anziehungskraft
zwischen jedem der spitz vorspringenden Pole des Magneten 46 und dem unmittelbar
benachbarten Magnetelement 73 der Magnet mit der daran befestigten Rolle sich bis
zu der in Fig. 7 A dargestellten Ruhestellung dreht. Diese weitere Verdrehung über
den Winkel O bringt nun die Ziffer 5 in symmetrische, mittige Lage innerhalb des
Sichtfensters 15, wie in Fig. 7 B dargestellt.
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Allgemein besprochen, besteht also für jede der zehn unterschiedlichen
Ausrichtungen des Magnetfeldvektors B, die bei dem dekadischen Anzeigegerät in Frage
kommen, eine feststehende, stabile Winkelstellung für den Magneten 46. Außerdem
besteht im Bereich jeder dieser zehn unterschiedlichen Ausrichtungen für den Magneten
46 eine zweite stabile Stellung, die, wie in Fig. 7 A gezeigt, von dem zugeordneten
Magnetelement 73 bestimmt wird. Mit anderen Worten, wenn ein bestimmtes Paar gegenüberliegender
Kontakte unter Strom gesetzt wird, wird die Rolle 16 in die erste stabile Stellung
geführt, in welche sie verbleibt, bis die Stromzufuhr unterbrochen wird. Die Rolle
wird dann infolge magnetischer Kräfte um den geringfügigen Winkel D in die zweite
stabile Stellung geführt.
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Die besonderen Vorteile dieser magnetischen Ausbildung können am besten
an Hand eines Beispiels dargelegt werden. Es wurde angenommen, daß die Erregung
der in Fig. 5 in solcher Weise erfolgt, daß die Ziffer 5 in das Blickfeld gerückt
wird. Wenn die zehn Ziffern 0 bis 9 in gleichen Abständen auf der Peripherie der
Zylinderfläche 17 eingetragen sind, wird die Ziffer 0 in das Sichtfenster gebracht,
indem der Strom in umgekehrter Richtung durch die gleichen Leitungsdrähte wie bei
Ziffer 5 hindurchfließt. Wenn nun die in Fig. 6A dargestellte Winkelausrichtung
die Ruhestellung für die Ziffer 5 in Blickfeldstellung ist, würde eine Umkehrung
des Feldvektors B in Wirklichkeit gar kein Drehmoment auf den Magneten 46 ausüben
als höchstens ein solches infolge von der Vorrichtung eigentümlichen Unvollkommenheiten
und herstellungsbedingten Ungenauigkeiten. In Wirklichkeit würde in einem Fall,
in dem eine Drehung der Rolle um 180° erforderlich ist, ein Zustand des gestörten
oder labilen Gleichgewichtes herrschen, der zur Folge hätte, daß entweder gar keine
Drehung erfolgt oder daß eine Drehung infolge eines vemachlässigbar kleinen Drehmomentes,
das von Ungenauigkeiten bei der Herstellung oder Fehlern in der Ausrichtung herrührt,
nur mit äußerst geringer Anfangsgeschwindigkeit stattfindet.
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Andererseits zeigen Fig. 6 A und 7A, daß die Stromzufuhr dazu
benutzt wird, um eine ungefähre Ausrichtung herbeizuführen, und daß unmittelbar
nach der Unterbrechung der Stromzufuhr eine ganz bestimmte Verschiebung gegenüber
dem ursprünglichen, richtungsbestimmenden Feld erfolgt, bei der die richtige Stellung
erreicht wird. Mithin gestattet diese Verschiebung die Erzeugung eines ausreichenden
Drehmomentes selbst dann, wenn unter dem Einfluß eines Impulses von außen eine Ziffer
ins Blickfeld gerückt werden soll, die gegenüber der gegenwärtig im Blickfeld befindlichen
um 180° verschoben ist. beim Betrachten der Fig. 6 A und 7B. Offensichtlich
würde es schwer sein, die Vielzahl von Elektromagneten auf einem Kern 64 in genau
gleichen Winkelabständen anzubringen. Vermutlich wäre dies auch eine außerordentlich
kostspielige Aufgabe. Wenn die genaue Stellung jeder der zehn Ziffern in dem Sichtfenster
15 davon abhängig wäre, daß jeweils einer von zehn Magnetfeldvektoren erzeugt wird,
die gegeneinander um genau 36° versetzt sind, wäre ein außerordentlich hoher Grad
der Sorgfalt beim Wickeln und Montieren jeder der Wicklungen erforderlich. Wie jedoch
in den Zeichnungen dargestellt, dienen die Elektromagneten des Ständers lediglich
dazu, die Rolle in eine Stellung in der Nähe der Ruhestellung zu bringen, während
die genaue Stellung der Ziffer im Sichtfenster durch die zehn magnetischen Elemente
73 herbeigeführt wird, die auf dem zylindrischen Ring 71 angebracht sind. Offensichtlich
ist es eine verhältnismäßig einfache Aufgabe, die magnetischen Elemente genau im
Winkelabstand von 36° anzubringen, so daß dann jede der zehn Ziffern, wie in Fig.
7 B gezeigt, mittig im Sichtfenster erscheint.
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Von Interesse ist jedoch die Tatsache, daß die magnetisierbaren Glieder
73 noch eine andere wichtige Funktion haben, wie wohl am besten aus der Darstellung
in Fig. 7 A hervorgeht, nämlich die, ein Haltedrehmoment zu erzeugen, das bestrebt
ist, die Rollen 16 ohne Rücksicht auf etwaige Schwingungen, Stöße oder andere Umgebungseinflüsse
in der gewählten Stellung festzuhalten. Von besonderer Bedeutung ist auch das Vorhandensein
eines. nur minimalen Abstandes zwischen den vorspringenden Polen des Magneten 46
und der Innenfläche des Zylinderringes 71. Auf diese Weise wäre ein, wenn auch nur
mäßiges Drehmoment notwendig, um den Magneten 46 aus der Stellung nach Fig. 7 A
zu verdrehen, es sei denn, daß durch die Leitungsdrähte der Vorrichtung ein Strom
hindurchgeschickt wird.
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Bei der obigen Schilderung wurde angenommen, daß die Anzeigevorrichtung
zur Erzielung der betrieblichen Ergebnisse die im Zusammenhang mit Fig. 6 und 7
besprochen wurden, vorher genau justiert worden ist. An Hand von Fig. 3 und 6 A
ist ersichtlich, daß die geforderte Winkelbeziehung für den Montagesatz einschließlich
der Elektromagneten des Ständers und der magnetisierbaren Elemente 73 dadurch herbeigeführt
werden kann, daß während des Zusammenbaus die ganze Ständerkonstruktion 61 dank
der bogenförmigen Langlöcher 35 durch Verdrehen gegenüber dem Gehäuse 14 in die
erforderliche Einstellung justiert wird. Wenn diese relative magnetische Ausrichtung
herbeigeführt ist, können alle vier Schrauben 36 und 37 angezogen werden, und ein
weiteres Nachstellen ist nicht erforderlich.
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Nach der gegebenen Beschreibung hat der Magnet 46 spitzbogenförmige,
vorspringende Pole, die entweder durch Formen oder Schleifen hergestellt sein können.
Bei der Herstellung von Dauermagneten kommt es nicht selten vor, daß die magnetischen
Pole nicht genau um 180° gegeneinander versetzt sind. Die Folge eines solchen Mangels
bei der Anzeigevorrichtung nach der Erfindung geht am besten aus Fig. 7A hervor,
bei der angenommen sei, daß der mit 81 bezeichnete Punkt der wahre Magnetpol ist.
Obwohl dieser sich nicht genau an der tatsächlichen äußersten Spitze des Magneten
befindet, ist die Wir-
Weitere Vorteile der Vorrichtung ergeben
sich kung dieser Abweichung vernachlässigbar, da die scharfe Zuspitzung zur Folge
hat, da.ß der wahre Magnetpol genügend weit vom zugespitzten Ende radial nach innen
zu verschoben ist, so daß in Wirklichkeit das zugespitzte Ende für die Winkelstellung
des Magneten in der Ruhestellung nach Fig. 7A entscheidend ist.
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Wie bereits erwähnt, hat die Scheibe 31 die doppelte Funktion, das
Innere der Anzeigeeinheit gegen magnetische Streufelder abzuschirmen und einen gewissen
Grad von magnetischer Dämpfung der Drehung des Magneten 46 zu schaffen. Bei der
Behandlung der Dämpfung wäre zu bemerken, daß es, wenn erwünscht, auch möglich ist,
zusätzlich eine gewisse viskose Dämpfung herbeizuführen, indem im Kugellager 55
eine Flüssigkeit verwendet wird. Dazu kann vorzugsweise ein herkömmliches Kugellager
mit Käfig (nicht dargestellt) verwendet werden. Die Flüssigkeit, die auf Siliziumbasis
beruhen kann, ist ausreichend, um das nötige Maß von Dämpfung beim Übergang zu schaffen.
Der in dem Montagesatz nach Fig. 4 gezeigte Bereich 91 kann auch dazu dienen, eine
geringe Menge von Dämpfungsflüssigkeit durch Kapillarwirkung aufzunehmen, wenn dies
erwünscht ist. Der Umstand, daß die Flächen der Rolle und des Aufsteckzapfens eng
aneinander liegen, verhindert ein Aussickern von Flüssigkeit ohne Rücksicht auf
die Montagestellung des Anzeigers.
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Besondere Beachtung ist der Art des erforderlichen elektrischen Impulses
zum Erzielen der in Fig.6 und 7 dargestellten Ergebnisse zuzuwenden. Wenn ein Stromstoß
zum Ändern der Ziffernanzeige übertragen wird, so hat das vom Feldvektor B auf die
Rolle 16 ausgeübte Drehmoment eine schnelle Beschleunigung der Bewegung in die neue
Stellung zur Folge. Wenn der Stromstoß beendet ist, bevor die Rolle die neue Stellung
erreicht, dreht sich diese frei weiter, und obwohl sie schließlich wegen der Anziehungskraft
eines der magnetischen Glieder 73 zur Ruhe kommt, ist doch die Möglichkeit einer
fehlerhaften Anzeige sehr hoch. Es ist daher notwendig, den Strom genügend lange
wirken zu lassen, um eine fehlerfreie Ausrichtung der Rolle 16 sicherzustellen.
Es ist sogar erwünscht, bei dem Stromimpuls einen gewissen Sicherheitsfaktor vorzusehen,
um im Falle, daß die Einrichtung aus irgendeinem Grund träge im Ansprechen sein
sollte, eine fehlerhafte Ablesung zu verhindern.
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Obwohl bei der vorangegangenen Besprechung von der Annahme ausgegangen
wurde, daß die Stromzufuhr unterbrochen wird, kurz nachdem die Rolle die von dem
Magnetfeld bestimmte Stellung erreicht hat, ist es möglich, die dargestellte Vorrichtung
unter Bedingungen zu verwenden, bei denen die Stromzufuhr über die ganze Dauer anhält,
während welcher eine Ziffer sich im Blickfeld befindet. Bei solchen Betriebsbedingungen
wäre die Justierung so vorzunehmen, daß die Ziffern sich während der Dauer der Erregung
mittig im Sichtfenster 15 befinden. Die statisch magnetisierbaren Glieder 73 würden
in diesem Falle immer noch die Funktion haben, ein gleichgewichtsstörendes Drehmoment
zu erzeugen im Falle, daß eine gewählte Ziffer der unmittelbar vorher angezeigten
Ziffer diametral gegenüberliegt. Der Vorteil des Betriebes der Vorrichtung unter
Stromzufuhr während der vollen Dauer der Ziffernanzeige besteht natürlich darin,
daß das dauernde oder Haltedrehmoment größer ist als das bei den vorher im Zusammenhang
mit Fig. 7 A beschriebenen Bedingungen erzielbare. Andererseits bilden der höhere
Stromverbrauch und die Abhängigkeit von der Stromzufuhr im Falle, daß eine bestimmte
Anzeige während einer beträchtlichen Zeitspanne beibehalten werden soll, einen Nachteil.
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Es sollen nun noch einige Hinweise in bezug auf die Wahl der Materialien
für die Fabrikation der Vorrichtung gegeben werden. Um das Gewicht so niedrig wie
möglich zu halten, insbesondere für die Verwendung bei der Luftfahrt, ist es in
hohem Maße erwünscht, daß sowohl das Gehäuse 14 als auch die Rolle 16 aus maßhaltigen
Kunststoffen hergestellt sind, die von Fall zu Fall je nach Wirtschaftlichkeit entweder
durch maschinelle Bearbeitung oder durch Pressen in die dargestellte Form gebracht
werden können. Der Zylinderring 71 kann entweder aus Kunststoff geformt oder gezogen
oder auch aus nichtmagnetischem Metall, z. B. Aluminium, hergestellt sein.
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Die Größe der Vorrichtung kann selbstverständlich von Fall zu Fall
entsprechend den Erfordernissen bemessen sein, Geräte, wie das nach Fig. 2 von ungefähr
63 mm (21/a Zoll) Durchmesser, 19 mm ($/4 Zoll) Breite und etwa 84 g (3 Ounces)
Gewicht, wurden mit Erfolg als dekadische Hochleistungsanzeigegeräte zur Verwendung
im Verein mit Rechenwerken betrieben. Der maximale Zeitbedarf zum Erzielen eines
Ziffernwechsels betrug 0,6 Sekunden, und eine weitere Steigerung der Ansprechgeschwindigkeit
wurde durch Steigerung der zugeführten elektrischen Energie erzielt.