DE1623710A1 - Digitaler elektromechanischer Wandler mit wenigstens einer stabilen Lage,insbesondere zum Antrieb einer Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWXLTE Augsburg-Göggingen, den I3. Oktober 1967

DR. ING. E. LIEBAU

DIPL. ING. G. LIEBAU Dr.Lb/p Az G 68^4

IM2 AUGSBURG-GÖGGINGEN V. BCHENDOItFF-STIL N . TO. 33043! Gesellschaft zur Förderung der !Forschung an

der Eidgenössischen Technischen Hochschule, Zürich (Schweiz)

Digitaler elektromechanischer Wandler mit wenigstens einer stabilen Lage, insbesondere zum Antrieb einer Anzeigevorrichtung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein digitaler elektromechanischer Wandler mit wenigstens einer stabilen Lage, insbesondere zum Antrieb einer Anzeigevorrichtung.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines elektromechanischen Wandlers der genannten Art, der verhältnismässig geringe bewegte Massen aufweist und demzufolge eine relativ hohe Anzahl von Arbeitsschritten je Zeiteinheit ausführen kann. Des weiteren soll der Wandler mit kleinen Abmessungen gebaut werden können und einen verhältnismässig geringen Energiebedarf zu seinem Antrieb, insbesondere zum Beschleunigen seines beweglichen Gliedes, haben, damit er die elektrische Energiequelle für die Speisung des Wandlers nur verhältnismässig wenig belastet

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Darüber hinaus soll der Wandler so ausgebildet sein, dass er gegen Erschütterungen und mechanische Stösse verhältnismässig unempfindlich ist und somit auch in mobilen Geräten und Appara-

ten einwandfrei arbeitet.

Die gestellte Aufgabe ist bei dem digitalen elektromechanischen Wandler gemäss der Erfindung zur Hauptsache dadurch gelöst, dass mindestens eine Biegefeder zwischen zwei Stützpunkten angeordnet ist, deren Abstand voneinander kleiner ist als die dazwischenliegende freie Länge der Biegefeder, so dass letztere auf die eine oder andere Seite einer die Stützpunkte miteinander verbindenden Geraden ausknickt, dass die Biegefeder wenigstens einen in der Längsrichtung der Biegefeder verlaufenden elektrischen Leiter trägt oder selbst als solcher ausgebildet ist, und dass magnetische Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorhanden sind, dessen Feldlinien den elektrischen Leiter kreuzen und bei einem elektrischen otrorafluss in bestimmter Richtung durch den Leiter einen Wechsel der Knicklage der Biegefeder hervorrufen.

Je nach der Ausbildung der Biegefeder und der Stützpunkte kann nur die eine Knicklage oder können beide Knicklagen der Biegefeder stabil sein.

Bei einer Ausführungsform des elektromechanischen Wandlers kann die Biegefeder zwischen zwei Zinken einer schwenkbar gelagerten Gabel angeordnet sein, die beim Betrieb des Wandlers eine Ausgangsbewegung liefert und beispielsweise ein Schrittschaltwerk zum Antrieb eines Zeigers oder einer Zahlenrolle betätigt.

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Bei einer anderen Ausfübrungsform kann die Biegefeder in mindestens einem ihrer Stützpunkte mit einer drehbar gelagerten Welle fest verbunden sein, die beim Betrieb des Wandlers eine Ausgangsbewegung liefert und z.B. ein Klinkenschaltwerk antreibt. ■ .

Bei einer nochmals anderen Ausführungsform des elektromechanischen Wandlers kann die Biegefeder als bewegliches elektrisches Kontaktglied ausgebildet sein, das mit wenigstens einem feststehenden Kontaktglied zusammenarbeitet j so dass der Wandler ein elektrisches Heiais bildet. Je nachdem, ob die Biegefeder des Wandlers eine stabile Lage oder zwei stabile Lagen aufweist, handelt es sich um ein unpolarisiertes oder ein polarisiertes Relais, das für eine hohe Schaltfolge geeignet ist.

Wieder eine andere Ausführungsform des elektromechanischen Wandlers kann so ausgebildet sein, dass die Biegefeder als optisches Reflexionsglied dient, welches z.B. einen darauf gerichteten Lichtstrahl je nach der Kipplage der Biegefeder an unterschiedliche Stellen hin spiegelt.

Die mit den erwähnten Ausfuhrungsformen erzielbaren Funktionen können zwar aucb mit bereits bekannten Apparaten erreicht werden, doch leiden diese unter den Nachteilen, dass sie nur schwer sehr klein gebaut werden können, dass sie bei kleinen Ausführungen einen verbältnistnässig hohen Leistuhgsverbrauch zeigen, und dass die Bewegten Teile ein relativ grosses Trägheitsmoment aufweisen. Letzteres ist teilweise mitverantwortlich

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für den verbältnismässig hoben Leistungsverbraucb und für eine ziemlich starke Erschütterungsempfindlicbkeit; zudem begrenzt es die Anzahl der Arbeitshübe je Zeiteinheit auf relativ niedrige • Werte.

Durch die Erfindung lassen sich die geschilderten Nachteile der artverwandten digitalen elektromechanischen Wandler bisheriger Ausführungen vermeiden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten von Ausführungsformen des erfindungsgemässen elektromechanischen Wandlers er-

geben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, aus den zugehörigen Zeichnungen und aus den Ansprüchen. In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes rein beispielsweise veranschaulicht.

Pig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen elektromechanischen Wandlers in Vorderansicht;

Fig. 2 stellt das gleiche Ausführungsbeispiel in Draufsicht dar;

Fig. 3 zeigt die Vorderansicht einer leicht abgeänderten Ausführung des Beispieles nach Fig. 1; Fig. 4 ist eine Draufsicht der Ausführung nach Fig. 3;

Fig. 5 stellt die Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel dar, bei welchem die Biegefeder als optischer Reflektor zum Ablenken eines Lichtstrahles dient;

Fig. 6 zeigt ebenfalls in Draufsicht ein Ausführungsbeispiel, dessen Biegefeder zwischen zwei Zinken einer schwenkbaren Gabel angeordnet ist;

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Pig. 7 veranschaulicht eine als elektrisches Relais ausgebildete Ausführungsform des Wandlers, ebenfalls in Draufsicht;

Pig. 8 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit drei Stützpunkten für die Biegefeder in Vorderansicht dar, wobei die Biegefeder im mittleren Stützpunkt mittels einer drehbaren Welle schwenkbar gehalten ist; Pig. 9 ist eine Draufsicht zu Pig. 8;

Pig. 10 zeigt teilweise eine abgeänderte Ausführung des Beispieles von Pig. 8 und 9, ebenfalls in Draufsicht;

Pig. 11 veranschaulicht wieder ein anderes Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Wandlers in Vorderansicht, bei welchem zwei parallele Biegefedern an ihrem einen Ende mit einer drehbar gelagerten Welle verbunden sind, die mit einem Klinkenschaltwerk in Verbindung steht;

Pig. 12 ist eine Draufsicht zu Pig. 11;

Pig. 13 zeigt teilweise eine Ausführungsvariante des Beispieles gemäss Pig. 11 und 12, ebenfalls in Draufsicht;

Pig. 14 ist eine analoge Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante;

Pig. 15 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel des Wandlers in Vorderansicht dar, bei welchem die Biegefeder in jedem von zwei Stützpunkten schwenkbar gehalten ist; Pig. 16 ist eine Draufsicht zu Pig. 15; Pig. 17 zeigt ebenfalls in Draufsicht ein weiteres Ausfün-

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rungsbeispiel, bei welchem der eine Stützpunkt der Biegefeder elastisch nachgiebig ausgebildet ist;

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Pig. 18 stellt die Vorderansicht eines letzten Ausfübrungsbeispieles dar; und

Fig. 19 zeigt eine Draufsiebt zu Pig. 18.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des digitalen elektromechanischen Wandlers weist eine Grundplatte auf, an der zwei Klemmvorrichtungen 2 befestigt sind, welche zwei Stützpunkte für eine Biegefeder 3 bilden. Die Biegefeder 3 ist ein dünnes, schmales Bändchen mit rechteckiger Querschnitt s_- form, deren Abmessungen beispielsweise 0,008 χ 0,125 mm betragen. Das Material der Biegefeder 3 ist elektrisch leitend und nicht ferromagnetisch, wie z.B. Bronze. Die beiden Endpartien der Biegefeder 3 sind in den Klemmvorrichtungen 2 fest eingespannt, und zwar so, dass die zwischen den Klemmvorrichtungen*liegende freie Länge der Biegefeder 3 etwas grosser ist als der Abstand der Klemmvorrichtungen voneinander. Demzufolge knickt die Biegefeder entweder nach der einen oder andern Seite einer die Klemmvorrichtungen miteinander verbindenden Geraden aus. Jede dieser Knicklagen ist eine stabile Lage der Biegefeder- Die Längsrichtung der Biegefeder verläuft dabei immer wenigstens annähernd parallel zur Grundplatte 1. Die Klemmflächen der beiden Klemmvorrichtungen 2 und somit auch die eingespannten Endpartien der Biegefeder 3 sind in einer gemeinsamen, zur Grundplatte 1 senkrecht stehenden Ebene angeordnet, wie Pig. 2 erkennen lässt. An die Enden der Biegefeder 3 sind elektrische Anschlussleiter 5 angeschlossen,

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welche durch die ebenfalls als Leiter dienende Biegefeder miteinander verbunden sind. Sofern die Klemmvorrichtungen 2 aus elektrisch leitendem Werkstoff, wie Metall, bestehen, muss mindestens eine der Klemmvorrichtungen von der Grundplatte 1 isoliert sein oder die Grundplatte 1 selbst aus Isoliermaterial bestehen.

Auf der Grundplatte ί ist ferner ein Magnetsystem 4 befestigt, das aus zwei permanenten Plattenmagneten 6 und einem diese miteinander verbindenden U-förmigen Joch 7 besteht. Die Plattenmagnete 6 haben zwischen sich einen Luftspalt 6a, durch welchen die Biegefeder 3 verläuft. Die Anordnung und die Polarität der Magnete 6 sind derart, dass diese im Luftspalt 6a ein Magnetfeld erzeugen, dessen Feldlinien die Biegefeder 3 im wesentlichen rechtwinklig zur Längsrichtung der Biegefeder kreuzen (Fig. 1).

Wenn mittels der Anschlusaleiter 5 ein elektrischer Strom durch die Biegefeder 3 geleitet wird» so entsteht auf die Biegefeder im Magnetfeld des Luftspaltes 6a eine elektromotorische Kraft, die je nach der Polarität des elektrischen Stromes das Äusknicken der Biegefeder in die eine oder andere Knicklage bewirkt, wie in Fig. 2 mit gestrichelter bzw. strichpunktierter Linie veranschaulicht ist. Durch eine Folge von Stromimpulsen entgegengesetzter Polarität lässt sich somit die Biegefeder 3 abwechselnd in die beiden verschiedenen Kipplagen bewegen, wobei die Biegefeder jeweils in der zuletzt eingenommenen Kipplage verbleibt, bis ein entgegengesetzt polarisierter Stromimpuls erscheint.

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Der beschriebene elektromechanisch^ Wandler kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Polarität des letzten Stromimpulses einer Gruppe von Impulsen mit abwechselnder Polarität anzuzeigen. Ferner kann der Wandler als Stromrichtungsanzeiger in einem Gleichstromkreis verwendet werden, denn jeder Stromrichtung ist eine bestimmte der beiden Kipplagen der Biegefeder zugeordnet.

Das Ausführungsbeispiel gemäss den Pig. 3 und 4 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen lediglich in den folgenden 7vci Merkmalen: Wie Fig. 3 zeigt, weist das Magnetsystem 4 nur einen einzigen Permanentmagneten 6 auf, der mit deji Joch 7 derart verbunden ist, dass ein Luftspalt 6a. zwischen der unteren Polfläche des Magneten 6 und dem unteren Schenkel des Joches 7 vorhanden ist. Die Biegefeder 3 verläuft durch den Luftspalt 6a hindurch, wie mit Bezug/auf das erste Beispiel erläutert wurde. Aus Fig. 4 ist aber ersichtlich, dass die beiden Klemmvorrichtungen 2 in bezug aufeinander derart verdreht sind, dass ihre Klemmflächen und somit auch die eingespannten Endpartien der Biegefeder 3 nicht mehr in einer gemeinsamen Ebene, sondern in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sind, die zwischen sich einen Winkel einschliessen. Auf diese Weise ist erreicht, dass nur die eine Kipplage der Biegefeder 3 stabil ist, nämlich jene, die in Fig. 4 mit gestrichelter Linie dargestellt ist. Die andere, mit einer strichpunktierten Linie gezeichnete Kipplage der Biegefeder 3 ist nicht stabil, d.h. die Biegefeder 3 kehlt aus der

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zweitgenannten Kipplage Jeweils selbsttätig in die erste Kipplage zurück, sobald der die zweite Kipplage bewirkende Stromfluss durch die Biegefeder 3 unterbrochen'wird. ■"" " ■

Daher kann der elektromechanische Wandler gemäss den Fig. 3 und 4 beispielsweise als Stromflüss-Anzeiger verwendet werden. Nur solange ein Gleichstrom vorbestimmter Richtung durch die Biegefeder 3 fliesst, befindet sich die Biegefeder in der strichpunktiert dargestellten Kipplage (Pig. 4), wogegen beim Ausbleiben des genannten Stromflusses die Biegefeder 3 sofort die andere stabile Kipplage einnimmt.

Eine ähnliche Wirkung lässt sich auch erreichen, wenn die Klemmflächen der Kleminvorriahtungen 2 und somit die eingespannten Endpartien der Biegefeder 3 in zwei zueinander parallelen, jedoch in bezu? aufeinander versetzten Ebenen verlaufen, oder wenn der Biegefeder in gestrecktem Zustand eine Vorspannung innewohnt, die bestrebt ist, der Biegefeder einen gebogenen Verlauf zu erteilen.

Die Magnetsysteme 4 der beschriebenen Ausführungsbeispiele brauchen nicht in jedem Pail symmetrisch in bezug auf eine Mittelebene zwischen den beiden Klemmvorrichtungen 2 ausgebildet und angeordnet zu sein. Oftmals ist es zweckmässig, das Magnetfeld in zwei oder mehr Teilmagnetfeider zu zerlegen, wie das beispielsweise in den Pig. 6 und 7 gezeigt ist, wo jeweils zwei im Abstand voneinander angeordnete Magnetsysteme 4a und 4b vorhanden sind. Für bestimmte Anwendungen kann es auch vorteilhaft sein,

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an definierten Stellen kleinere Magnete mit zum'Hauptmagneten entgegengesetzter Polarität anzubringen, wobei aber diese entgegengesetzt polarisierten Magnete nur einen geringen Prozentsatz der Länge der Biegefeder 3 beeinflussen dürfen. Durch die beschriebenen Massnahmen kann man zur Verbesserung der Dynamik der Biegefeder die Krümmung derselben während des Stromflusses an gewissen Stellen vergrössern. Das lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass das Magnetfeld oder die Teilmagnetfelder an jene Stellen konzentriert werden, wo die Biegefeder in ihren Knicklagen einen grösseren Neigungswinkel gegenüber der Verbindungsgeraden zwischen den Klemmvorrichtungen 2 aufweist. In den Pig. 5, 6 und 7 sind einige Weiterbildungen des in bezug auf die Pig. 1 und 2 beschriebenen elektromechanischen Wandlers veranschaulicht. Diese Weiterbildungen ermöglichen verschiedene spezielle Anwendungen des Wandlers. Grundsätzlich sind gleiche oder ähnliche Weiterbildungen auch bei der in Pig. und 4 gezeigten Ausführung des Wandlers mit nur einer stabilen Kipplage möglich.

Gemäss Pig. 5 wird ein Lichtstrahlenbündel 8 unter einem von*. 90° abweichenden Winkel zur Verbindungsgeraden zwischen den beiden Klemmvorrichtungen 2 auf die Biegefeder 3 geworfen, die · wegen ihrer spiegelnden Oberflächeneigenschaft als optisches Reflexionsglied wirkt. Nimmt die Biegefeder 3 die mit gestrichelter Linie dargestellte Knicklage ein, wird im wesentlichen nur der linke Randstrahl des Strahlenbündels 8 gemäsa dem Pfeil 9a

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zu einem vor dem Wandler plazierten Beobachter geworfen, während die übrigen Lichtstrahlen nach der Reflexion andere Richtungen einnehmen, so dass für den Beobachter nur eine in der linken Hälfte der Biegefeder 3 liegende Partie beleuchtet erscheint; Wenn hingegen die Biegefeder die andere, mit strichpunktierter Linie gezeichnete Knicklage einnimmt, wird im wesentlichen nur der rechte Randstrahl des Strahlenbündels 8 gemäss dem Pfeil 9b zum Beobachter reflektiert, während die übrigen Lichtstrahlen nach der Reflexion andere Richtungen einschlagen, so dass diesmal für den Beobachter nur eine in der rechten Hälfte der Biegefeder liegende Partie beleuchtet erscheint. Aus der Lage der belpuphteten Partie der Biegefeder 3 kann der Beobachter somit eindeutig die jeweilige Knicklage der Biegefeder 3 erkennen.

Bei der Ausbildungsform gemäss Fig. 6 weist der elektrode charii se be Wandler, wie bereits kurz erwähnt, zwei im Abstand voneinander angeordnete Hagnetsysteme 4a und 4b auf. Die die Biegefeder 3 kreuzenden Feldlinien beider Magnetsysteme haben übereinstiminende Richtung und Polarität. Zwischen den beiden Magnetsystemen 4a und Ah ist die Grundplatte 1 mit einer schlitzförmigen Durchbrechung 10 versehen, durch welche zwei Zinken einer Gabel 11 hindurchragen. Mittels einer Achse 12 ist die Gabel schwenkbar an der Grundplatte 1 gelagert. Die Biegefeder 3 verläuft zwischen den Zinken der Gabel 11 hindurch. Der Abstand der beiden Gabelzinken voneinander ist erheblich grosser als die Dicke der Biegefeder- ~

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Wenn die Biegefeder 3 die. in Fig. 6 gezeigte Knicklage einnimmt, wird die Gabel 11 durch die Biegefeder in die dargestellte Endlage gedrängt. Wenn jedoch durch einen passenden Strorafluss durch die Biegefeder 3 diese in die andere Knicklage bewegt wird, nimmt die Biegefeder in der zweiten Hälfte ihres Bewegungsweges die Gabel 11 mit, wodurch letztere in eine andere Endlage geschwenkt wird. Auf nicht dargestellte Weise kann die Schwenkbewegung der Gabel 11 abgenommen und weiter verwendet werden, beispielsweise zum Betätigen einer elektrisehen Kontakteinrichtung oder zum Antrieb eines Klinkenschaltwerkes. Der erwähnte Abstand der Gabelzinken voneinander hat den Vorteil, dass die Biegefeder 3 während der ersten Hälfte, ihrer Kippbewegung nicht von der Gabel 11 belastet wird und daher rascher und sicherer in die andere Knicklage umkippt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 sind wieder zwei Magnetsysteme 4a und 4b in einigem Abstand voneinander auf der Grundplatte 1 angeordnet. Ebenfalls auf der Grundplatte 1 ist ein Isolierkörper 23 befestigt, der etwas zwischen die beiden Magnetsysteme 4a und 4b hineinragt und zwei Kontaktstifte 22 und 23 trägt, gegen welche sich die Biegefeder 3 in der einen Knicklage anlegen kann, um die beiden Kontaktstifte 22 und 23 elektrisch miteinander zu verbinden und einen an Anschlussklemmen 21 und 21' angeschlossenen Stromkreis zu schliessen. In dieser Ausführung ist der Wandler somit ein polarisiertes Relais.

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Es ist zu beachten, dass während der Kontaktgabe der genannte Stromkreis mit jenem für die Umschaltstromstösse durch die Biegefeder 3 galvanisch verbunden ist. Eine galvanische Trennung zwischen der Quelle der Umschaltimpulse und dem zu schaltenden Stromkreis kann beispielsweise mit Hilfe eines Impulstranformators erzielt werden, dessen Sekundärwicklung an die Anschlussleiter 5 angeschlossen wird. Im Hinblick auf die Niederohmigkeit der als Stromleiter dienenden Biegefeder 3 wird in vielen Anwendungsfällen ohnehin irgendeine Form der Impedanztransformation zwischen der Quelle der Umschaltimpulse und der Biegefeder erforderlich sein. Um die durch den Schaltimpuls hervorgerufene Störspannung an den Anschlussklemmen 21 und 21' so klein wie möglich zu halten, wird man danach trachten, die beiden Kontaktstifte 22 und 23 so nahe wie möglich beieinander anzuordnen.

Bei dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Wandlers sind für die Biegefeder 3 nicht mehr zwei, sondern drei Stützpunkte vorgesehen, die auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet sind. Der erste, in Fig. 8 und 9 linke Stützpunkt ist wie bei den bisherigen Ausführungsbeispielen durch eine Klemmvorrichtung 2a gebildet, in welcher die eine Endpartie der Biegefeder 3 eingespannt ist. Der zweite Stützpunkt befindet sich in der Mitte der Biegefeder 3 und ist durch eine mit der Biegefeder fest verbundene Welle 14 «gebildet, welche mittels ihrer zugespitzten Enden in Lagerausnehmungen der Grundplatte 1 und eines Lagerträgers 13 drehbar

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gelagert ist. Der Lagerträger 13 seinerseits ist auf der Grundplatte 1 abgestützt und befestigt. Durch die Welle 14 wird die an ihr befestigte Mittelpartie der Biegefeder 3 schwenkbar gehalten. Der dritte Stützpunkt der Biegefeder 3 ist durch eine weitere Klemmvorrichtung 2b gebildet, in welcher die in Fig. 8 und 9 rechte Endpartie der Biegefeder eingespannt ist.' Der Abstand der Klemmvorrichtung 2a von der Welle 14 ist kleiner als die freie Länge der dazwischenliegenden Partie der Biegefeder 3; ebenso ist der Abstand zwischen der Welle 14 und der Klemmvorrichtung 2b kleiner als die freie Länge der dazwischenliegenden Partie der Biegefeder. Polglich knickt die Biegefeder 3 zwischen den beiden Stützpunkten 2a und 14 auf die eine Seite und zwischen den beiden Stützpunkten 14 und 2b auf die entgegengesetzte Seite der die genannten Stützpunkte miteinander verbindenden Geraden aus, wie in Fig. 9 mit gestrichelter bzw. mit strichpunktierter Linie veranschaulicht ist.

Auf der Grundplatte 1 sind zwei voneinander getrennte Magnetsysteme 4a und 4b befestigt, von denen das eine zwischen der Klemmvorrichtung 2a und der Welle 14 angeordnet ist, während das andere sich zwischen der Welle 14 und der Klemmvorrichtung 2b befindet. Jedes der Magnetsysteme 4a und 4b besteht aus zwei Permanentmagneten 6 und einem diese miteinander und mit der Grundplatte verbindenden Joch 7. Zwischen den zwei Magneten 6 eines jeden Magnetsy en* ems ist ein Luftspalt 6a bzw. 6b vorhanden,

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durch welchen die Biegefeder 3 hindurch verläuft. Die Magnetfelder in den beiden Luftspalten 6a und 6b sind entgegengesetzt polarisiert. Anscblussleiter 5 sind mittels der Klemmvorrichtungen 2a und 2b mit den beiden Enden der Biegefeder 3 verbunden, die als elektrischer Leiter dient.

Wenn Strömstösse mit wechselnder Polarität durch die Biegefeder 3 geleitet werden, ändert bei jedem Stromstoss die Kipplage der Biegefeder 5» wobei die Welle 14 um einen bestimmten Winkelbetrag gedreht wird. Die Stromstösse der einen Polarität bewirken die mit gestrichelter Linie dargestellte Kipplage, und die Stromstösse der entgegengesetzten Polarität haben die mit strichpunktierter Linie veranschaulichte andere Kipplage der Biegefeder 3 zur Folge. Beide Kipplagen sind stabil und bleiben nach Beendigung des betreffenden Stromstosses bis zum Eintreffen eines entgegengesetzt polarisierten Stromstosses erhalten.

Gegebenenfalls kann eines der beiden Hagnetsysteme 4a und 4b weggelassen werden, ohne dass die beschriebene Punktionsweise des Wandlers geändert wird.

Pig. 10 zeigt eine Möglichkeit, wie der vorstehend beschriebene elektromechanische Wandler so abgeändert werden kann, dass seine Biegefeder 3 nur eine einzige stabile Kipplage aufweist. Zu diesem Zweck sind gemäss Pig. 10 die beiden Klemmvorrichtungen 2a und 2b im gleichen Sinne um einen bestimmten Winkel gedreht worden. Die Klemmflächen dieser Klemmvor-

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richtungen 2a und 2b und somit auch die darin eingespannten .Endpartien der Biegefeder 3 verlaufen nun in zwei zueinander parallelen, jedotih gegeneinander versetzten Ebenen, zu denen die Axe der Welle" 14 einen Abstand aufweist. Die stabile Kipplage der Biegefeder 3 ist in Fig. 10 mit voll ausgezogener Linie dargestellt, während die andere, unstabile Kipplage mit einer strichpunktierten Linie gezeigt ist. Aus der unstabilen Kipplage kehrt "die Biegefeder 3 jeweils selbsttätig in die stabile Kipplage zurück, sobald der Stromfluss durch die Biegefeder unterbrochen wird.

Eine ähnliche Wirkung lässt sich beispielsweise auch dadurch erreichen, dass die den mittleren Stützpunkt bildende Welle 14 entweder nicht auf der Verbindungsgeraden zwischen den Klemmvorrichtungen 2a und 2b oder nicht in der Mitte dieser Verbindungsgeraden angeordnet wird.

Das in den Pig. 11 und 12 dargestellte Ausfübrungsbeispiel unterscheidet sich von dem Wandler gemäss Fig. 8 und 9 im wesentlichen nur in der räumlichen Anordnung der Bestandteile, während die Wirkungsweise prinzipiell die gleiche ist. Die beiden Klemmvorrichtungen 2a und 2b sind an der gleichen Stelle der Grundplatte 1 senkrecht übereinander angeordnet. In jeder dieser Klemmvorrichtungen 2a und 2b ist die eine Endpartie einer von zwei parallel zueinander verlaufenden Biegefedern 3 eingespannt, deren andere Enden an einer gemeinsamen Welle 14 befestigt sind.

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Wie beim vorhergehenden Beispiel ist die Welle 14 in Lagerausnehmungen der Grundplatte 1 und eines Lagerträgers 13 drehbar gelagert, so dass die in Pig. -11 und 12 rechten Endpartien der beiden Biegefedern 3 mittels der Welle 14 schwenkbar gehalten sind. Es ist ein einziges Magnetsystem 4 mit Permanentmagneten 6, einem Joch 7 und zwei Luftspalten 6a und 6b vorhanden, in denen je eine der Biegefedern 3 verläuft. Die Magnetfelder in den beiden Luftspalten sind entgegengesetzt polarisiert. Die zwei Klemmvorrichtungen 2a und 2b sind voneinander elektrisch isoliert. Anschlussleiter 5 stehen mit den eingespannten Endpartien der Biegefedern 3 in Verbindung ,während die andern Enden der Biegefeder über die Welle 14 miteinander elektrisch verbunden sind.

Der Abstand der Welle 14 von jeder der Klemmvorrichtungen 2a und 2b ist kleiner als die dazwischenliegende freie Länge der Biegefedern 3, so dass diese nach der einen oder anderen Seite einer die Welle 14 mit der betreffenden Klemmvorrichtung verbindenden Geraden ausknicken. Da die beiden Biegefedern 3 durch die Welle 14 miteinander gekuppelt sind, haben stets beide Biegefedern 3 übereinstimmende Kipplagen, die entweder der gestrichelten oder der strichpunktierten Linie in Pig. 12 entsprechen. Durch Stromimpulse wechselnder Polarität, die durch die beiden in Reihe geschalteten Biegefedern 3 geleitet werden, lässt sich die Kipplage der Biegefedern ändern. Da die

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.Klemmflächen der Klemmvorrichtungen 2a und 2b sowie die darin eingespannten Endpartien der Biegefedern in einer auch die Axe der Welle 14 enthaltenden Ebene liegen, sind beide Kipplagen der Biegefedern 3 stabil.

Die Welle 14 trägt einen Arm I6_r an dem eine federnde Klinke 16a befestigt ist. Letztere steht in Eingriff mit einem Klinkenrad 17, dessen Welle 18 mittels ihrer zugespitzten Enden in Lagerausnehmungen der Grundplatte 1 und eines Lagerträgers drehbar gelagert ist. Die Welle 18 ist mit einer weiteren. Welle 19 durch ein Untersetzungsgetriebe 18a, 19a verbunden. Die Welle 19 tragt einen Zeiger 20, dem eine nicht dargestellte, stationäre Skala zugeordnet ist. Werden an die Anschlussleiter 5 Stromimpulse wechselnder Polarität angelegt, wechseln die Biegefedern 3 jeweils ihre Kipplage, wobei die Welle 14 um einen genau definierten V/inkel hin- und hergedreht wird. Mittels des Klinkenschaltgetriebes 16a, 17 und'des Untersetzungsgetriebes 18a, 19a wird der Zeiger 20 angetrieben, dessen Bewegung proportional zur Anzahl der Stromimpulse ist. Der beschriebene elektromecbanische Wandler kann somit als Impulszähler verwendet werden. Die geringe Massenträgheit der Biegefedern 3 und der Welle 14 mit dem daran befestigten Arm 16 erlaubt eine hohe Impulsfrequenz.

Durch gewisse Massnabmen, die im folgenden erläutert werden,

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kann man erreichen, dass die Biegefedern 3 des beschriebenen Wandlers nur eine .einzige stabile Knicklage aufweisen. Zu diesem

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Zweck ist bei der Ausführungsform gemäss Pig. 13 die eine Endpartie jeder Biegefeder 3 nicht mehr radial, sondern etwa tangential mit der Welle 14 verbunden, so dass diese Endpartie der Biegefeder in einem gewissen Abstand "d" von der Axe der Welle 14 verläuft. Obschon bei dieser Ausbildung der Wandler nur noch eine stabile Lage aufweist, ist der Drehwinkel der Welle 18 und somit auch des Zeigers 20 praktisch unabhängig von der Stärke des Stromstosses, der die Biegefedern vorübergehend in ihre unstabile Knicklage bringt, vorausgesetzt, dass die Stromstärke einen gewissen Schwellwert übersteigt.

Eine andere Ausführungsvariante mit nur einer stabilen Knicklage ist in Pig. 14 veranschaulicht, gemäss welcher die Klemmvorrichtungen 2a und 2b um einen gewissen Winkel verdreht sind, so dass ihre Klemmflächenuid damit die eingespannten Endpartien der Biegefedern 3 in einer Ebene verlaufen, von welcher die Welle 14 einen Abstand aufweist.

An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen mit nur einer stabilen Knicklage lediglich auf Impulse einer Polarität angewiesen sind«

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäss den Pig. 15 und 16 ist nur eine Biegefeder 3 vorhanden, deren beide Enden je an einer Welle 14 befestigt sind» Jede Welle 14 ist mittels ihrer zugespitzten Enden in Lagerausnehmungen der Grundplatte 1 und eines Lagerträgers 13 drehbar gelagert. Somit ist die Biegefeder 3 an beiden Enden schwenkbar gehalten. Der. Abstand der

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beiden Wellen 14 voneinander ist kleiner als die freie Länge der Biegefeder 3, so dass diese nach der einen oder anderen Seite einer die Axen der Wellen 14 enthaltenden Ebene ausknickt, wie in Fig. 16 mit gestrichelter bzw. mit strichpunktierter Linie dargestellt ist. Beide Knicklagen sind stabil. Ein einziges Magnetsystem 4, das aus einem .Permanentmagneten 6 und einem Joch 7 besteht und einen Luftspalt 6a aufweist, ist derart angeordnet, dass die Biegefeder 3 durch den Luftspalt verläuft, in welchem die Feldlinien des Magnetfeldes¹ die als elektrischen Leiter dienende Biegefeder schneiden. Zum Zuführen der Stromimpulse zur Biegefeder 3 sind zwei sehr weiche Spiralfedern 22 aus leitendem Material vorhanden. Die Spiralfedern verbinden die Wellen 14 elektrisch leitend mit Stützpunkten 21, an welche die Anschlussleiter 5 angeschlossen sind. Die Wirkungsweise des Wandlers ist gleich wie mit Bezug auf das Beispiel gemäss Fig. 1 und 2 beschrieben wurde.

Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 17 unterscheidet sich von dem ersten, in den Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel nur dadurch, dass anstelle der einen Klemmvorrichtung 2 ein nachgiebiger Stützpunkt 24 am einen Ende der Biegefeder 3 vorhanden ist. Der Stützpunkt 24 ist in der Mitte einer Blattfeder 23 angeordnet, die mittels Klemmvorrichtungen 25 auf der Grundplatte 1 abgestützt ist und im wesentlichen rechtwinklig zur Biegefeder

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verläuft. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Stützpunkt 24 in Richtung der die Klemmvorrichtung 2 mit dem Stützpunkt 24 verbindenden Geraden nachgiebig ist und unter dem Einfluss der Blattfeder 23 gegen die Klemmvorrichtung 2 hin gedrückt wird. Bei jedem Wechsel der Knicklage der Biegefeder 3 wird der Stützpunkt 24 vorübergehend um eine geringe Strecke von der ilemmVorrichtung 2 weg bewegt, um nachher wieder in die Ausgangslage zurückzukehren. Diese translatorische Bewegung des Stützpunktes 24 kann beispielsweise zur Betätigung von elektrischen Kontakten oder zum Antrieb einer Schrittsohaltvorrichtung benutzt werden. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass der Leistungsbedarf zum Umsteuern der Biegefeder 3 von der einen in die andere Knicklage besonders gering ist. ' '

Bei nicht dargestellten Ausführungsvarianten zum Beispiel gemäss Pig. 17 kann die Blattfeder 23 auch unsymmetrisch in bezug auf die Verbindungsgerade zwischen dem Stützpunkt 24 und der Klemmvorrichtung 2 ausgebildet sein. Es ist z.B. auch möglich, die eine Klemmvorrichtung 25 und die betreffende Hälfte der Blattfeder 23 ganz wegzulassen.

Die in den Pig. 18 und 19 dargestellte Ausführungsform des elektromechanischen Wandlers weist zwei Biegefedern 3 auf, die parallel zueinander und in gleichen Abständen von der Grundplatte 1 angeordnet sind. Jede der beiden Biegefedern 3 iat mit Hilfe von je zwei Klemmvorrichtungen 2 auf der Grundplatte

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abgestützt. Eine aus dünnem, isoliertem Draht gewundene Flacb-. spule 27, welche die Form eines rechteckigen Rahmens hat, ist mit ihren einander gegenüberliegenden Spulenseiten an den "beiden Biegefedern 3 befestigt, so dass jede Windung der Spule 27 eine längs der einen Biegefeder und eine längs der anderen Biegefeder verlaufende Leiterpartie aufweist. Somit trägt jede Biegefeder mehrere elektrische Leiter, deren Anzahl mit der Windungszahl der Spule 27 übereinstimmt. Ein Magnetsystem 4, das aus zwei Permanentmagneten 6 und zwei Jochen 7 besteht, ist auf der Grundplatte 1 angeordnet und weist zwei Luftspalte 6a auf, durch welche hindurch die Biegefedern 3 und die daran befestigten Spulenseiten der Spule 27 verlaufen. In den Luftspalten kreuzen die magnetischen Feldlinien die betreffenden Leiterpartien der Spulen im wesentlichen rechtwinklig. Die Polarität der beiden Magnete 6 ist entgegengesetzt. Die Abmessung der Spule 27 in Richtung der magnetischen Feldlinien stimmt vorzugsweise mit der Breite der Biegefedern 3 wenigstens annähernd überein.

Werden über die Anschlussleiter 5 Stromimpuls« mit wechselnder Polarität durch die Spule 27 geschickt, so wechseln die Biegefedern 3 bei jedem Stromimpuls i.hre Knicklage. In Pig. 19 ist der Deutlichkeit wegen nur die eine dieser stabilen Knicklagen

eingezeichnet; die andere ist in bezug auf die Linie S symmetrisqh dazu. Weil bei dieser Ausführung in jedem Luftspalt nicht nur ein ei«ziger elektrischer Leiter verläuft, ist der Wandler empfind-

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licher als die vorgängig beschriebenen Ausfübrungsbeispiele, d.h. dass die Umsteuerung von der einen in die andere Knicklage mit einem Stromstoss geringerer Stärke herbeigeführt werden kann.

Nicht dargestellte Varianten der in bezug auf Pig. 18 und 19 beschriebenen Ausführungsform des Wandlers können auch monostabil sein, d.h. nur eine einzige stabile Knicklage der Biegefedern 3 aufweisen. Um dies zu erreichen,' können die Klemmvorrichtungen 2 um bestimmte Winkel verdreht werden, wie dies beispielsweise in Pig. 4 veranschaulicht ist.

Alle in den Pig. 1 bis 17 dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen elektromechanischen Wandlers können gewünschtertfalls auch dahin abgeändert werden, dass nicht die Biegefedern 3 selbst als elektrische Leiter benutzt werden müssen. Hierfür wird jeweils mindestens ein elektrischer Leiter, der zweckmässig mit einer Isolation versehen ist, in der Längsrichtung der Biegefeder verlaufend an dieser befestigt, was z.B. mit Hilfe eines Klebstoffes geschehen kann. Die Wirkungsweise des Wandlers bleibt dabei unverändert.

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Claims (21)

Patentansprüche

1. Digitaler elektrodechanischer Wandler mit wenigstens einer stabilen Lage, insbesondere zum Antrieb einer Anzeigevorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Biegefeder (3) zwischen zwei Stützpunkten (2, 2 bzw. 2, 14 bzw. 14, 14) angeordnet ist, deren Abstand voneinander kleiner ist als "die dazwischenliegende freie Länge der Biegefeder (3), so dass letztere auf die eine oder andere Seite einer die Stützpunkte miteinander verbindenden Geraden ausknickt, dass die Biegefeder (3) wenigstens einen in der Längsrichtung der Biegefeder verlaufenden elektrischen Leiter trägt oder selbst als solcher ausgebildet ist, und dass magnetische Mittel (4) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorhanden sind, dessen Feldlinien den elektrischen Leiter kreuzen und bei einen elektrischen Stromfluss in bestimmter Richtung durch den Leiter einen Wechsel der. Knicklage der Biegefeder (3) hervorrufen.

2. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (3) an den beiden Stützpunkten (2) fest eingespannt ist.

3. Elek$roraechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Stützpunkten (2) einge-

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spannten Partien der Biegefeder (3) in verschiedenen Ebenen verlaufen, die miteinander einen Winkel einscbliessen oder parallel zueinander versetzt sirrd* " ·

4. Elektromecbanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (3) am ersten Stützpunkt (2a) fest eingespannt und am zweiten Stützpunkt (14) um
eine Axe schwenkbar gehalten ist.

5. Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im ersten Stützpunkt (2a) eingespannte Partie der Biegefeder (3) in einer Ebene verläuft, zu welcher die Schwenkaxe im zweiten Stützpunkt (14) parallel und
im Abstand angeordnet ist.

6. Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder an beiden Stützpunkten (14) um eine Axe schwenkbar gehalten ist.

7. Elektromechaniscber Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (3) einen über den
die Schwenkaxe.aufweisenden zweiten Stützpunkt (14) hinaus fortgesetzten Teil aufweist.

8. Elektromecbanischer Wandler nach den'Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der fortgesetzte Teil der Biege-

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feder (3) zwischen dem die Schwenkaxe aufweisenden zweiten Stützpunkt (14) und einem dritten Stützpunkt (2b) angeordnet ist, dass der Abstand der beiden zuletztgenannten Stützpunkte (14 und 2b) voneinander kleiner ist als die freie Länge des dazwischenliegenden Teiles der Biegefeder (3), so dass dieser Teil auf die eine oder andere Seite einer den zweiten und den dritten Stützpunkt (14 bzw. 2b) miteinander verbindenden Geraden ausknickt, und zwar entgegengesetzt zu dem zwischen dem ersten und. dem zweiten Stützpunkt (2a bzw. 14) liegenden Teil der Biegefeder (3). . ■ .

9. Elektroraechanischer Wandler nacn den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auch der zwischen dem zweiten und dem dritten Stützpunkt (14 bzw. 2b) liegende Teil" der Biegefeder (3) wenigstens einen in der Längsrichtung der Biegefeder verlaufenden elektrischen Leiter trägt oder selbst als solcher ausgebildet ist, und dass weitere magnetische Mittel (4b) zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes vorhanden sind, dessen Feldlinien den zuletzt genannten Leiter kreuzen und bei einem elektrischen Stromfluss in bestimmter Richtung durch diesen Leiter einen Wechsel der Knicklage der Biegefeder (3) hervorrufen.

10. Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1, bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelder, welche die Leiter zwischen dem ersten und dem zweiten Stützpunkt (2a bzw. 14) bzw· zwischen dem zweiten und dem dritten Stützpunkt (14 bzw. 2b) schneiden, entgegengesetzt polarisiert sind.

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11.'Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, dass einer (24) der Stützpunkte (2 und 24) in Richtung der die beiden Stützpunkte (2 und 24) miteinander verbindenden Geraden nachgiebig ist und unter dem Einfluss eines Pedergliedes (23) gegen den anderen Stützpunkt (2) hin gedrängt ist.

12. Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Biegefeder (3) parallel zur genannten ebenfalls zwischen zwei Stützpunkten (2) angeordnet ist, deren Abstand voneinander kleiner ist als die dazwischenliegende freie Länge der zweiten Biegefeder (3)> so dass letztere auf die eine oder andere Seite einer die betreffenden Stützpunkte (2) miteinander verbindenden Geraden ausknickt, dass die zweite Biegefeder (3) wenigstens einen in ihrer Längsrichtung verlaufenden elektrischen Leiter trägt oder selbst als solcher ausgebildet ist, wobei die Leiter der ersten und der zweiten Biegefeder einander gegenüberliegende Seiten einer Spule (27) bilden und vom gleichen Strom in entgegengesetzten Richtungen durchflossen werden können, und dass weitere magnetische Mittel (4) zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes vorhanden sind, dessen Feldlinien den elektrischen Leiter der zweiten Biegefeder (3) kreuzen und entgegengesetzt zu dem den Leiter der ersten Biegefeder kreuzenden Magnetfeld polarisiert sind.

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13· Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld bezüglich der Mittelebene zwischen den beiden Stützpunkten unsymmetrisch angeordnet ist.

14. Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld in mindestens zwei getrennte Teilfelder (4a und 4b) aufgeteilt ist, die sich je zwischen einem der Stützpunkte (2 bzw. 2a, 2b) und der Mittelebene zwischen beiden Stützpunkten befinden.

15· Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Mittel einen Hauptmagneten und mindestens einen kleineren Nebenmagneten aufweisen, dessen Polarität jener des Hauptmagneten entgegengesetzt ist.

16. Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1

bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (3) zwischen zwei Zinken einer schwenkbar gelagerten Gabel (11) angeordnet ist, die eine Ausgangsbewegung liefert.

17. Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1

bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gabel (11) ein Schrittschaltwerk antreibt.

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18. Elektroinechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1

bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (3) in mindestens einem ihrer Stützpunkte mit einer drehbar gelagerten Welle (14) verbunden ist, die eine Ausgangsbew'egung liefert.

19. Elektromecbanischer Wandler nach den Ansprüchen 1

bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (14) ein Schrittschaltwerk (I6a, 17) antreibt.

20. Elektromechanischer ,Wandler nach den Ansprüchen 1

bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (3) als bewegliches Kontaktglied ausgebildet ist, das mit wenigstens einem feststehenden Kontaktglied (22 bzw. 23) zusammenarbeitet.

21. Elektromechanischer Wandler nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegefeder (3) als optisches Reflexionsglied ausgebildet ist.

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