DE19536887A1 - Zeigerinstrument mit einem von einem Schrittmotor antreibbaren Zeiger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zeigerinstrument mit einem von einem Schrittmotor antreibbaren und auf der Welle eines Ausgangszahn­ rades einer Zahnradeinrichtung sitzenden Zeiger und mit einer Federeinrichtung zur Dämpfung der Zeigerbewegung dieses Zei­ gers.

Solche Zeigerinstrumente sind allgemein bekannt und werden ins­ besondere in der Automobiltechnik als Drehzahlmesser, Tachome­ ter oder dergleichen eingesetzt. Aufgrund der Möglichkeit einer digitalen Ansteuerung wird heute immer mehr den Zeigerinstru­ menten mit Schrittmotoren der Vorzug gegeben, da diese in ein­ facher Weise von in zunehmenden Masse in der Automobilelektro­ nik eingesetzten Mikrocontrollern angesteuert werden können.

Bei den Zeigerinstrumenten muß jedoch allgemein dafür gesorgt werden, daß der Zeiger und damit die Drehwelle, auf der dieser Zeiger sitzt, kein oder nahezu kein Spiel hat. Es muß deshalb dafür gesorgt werden, daß die Zeigerbewegung beim Ausschlag eine gewisse Dämpfung erfährt, um nicht einen für den Betrach­ ter des Zeigerinstrumentes unangenehmen Eindruck entstehen zu lassen, wenn der Zeiger während des Ausschlagens leicht hin- und herwackelt und damit für eine unruhige Anzeige sorgt.

Zur Vermeidung dieses Problems werden bisher Federeinrichtungen in den Zeigerinstrumenten eingesetzt, die es erlauben, daß der Zeiger bzw. die Drehwelle, auf der der Zeiger sitzt, gegen die Kraft einer Feder ausschlägt. Die Federeinrichtungen weisen hierbei regelmäßig sogenannte Spiralfedern auf, die dem Zeiger ein Rückstellkraft bieten. Das Zentrum der Spiralfeder wird bei solchen Zeigerinstrumenten mit der die Drehbewegung für die Anzeige liefernden Welle, auf der auch der Zeiger sitzt, und das äußere Ende der Spiralfeder am Getriebegehäuse des mit dem Zeigerfuß des Zeigers selbst verbunden. Schlägt der Zeiger aus, muß dieser gegen die Kraft der Spiralfeder laufen.

Solche "Rückstellfedern" in Zeigerinstrumenten sind jedoch aus verschiedenen Gründen problematisch. Die Montage der Rückstell­ federn ist nämlich äußerst aufwendig. So muß das innere Ende der Spiralfeder mit einer Hülse vernietet werden. Diese Hülse wird dann feststehend auf der Ausgangswelle des Zeigerinstru­ mentes befestigt und schließlich muß auch noch der Zeiger mit seinem "Zeigerfuß" auf dieser Welle feststehend angebracht wer­ den. Die Montage muß zudem exakt positionsgenau erfolgen. Schließlich kann die Spiralfeder bei zu starker Beanspruchung wegknicken, wodurch das Zeigerinstrument unbrauchbar wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zeigerinstrument anzugeben, das eine ausreichend gute Dämpfung des Zeigers bei gleichzeitig einfacher Montage erlaubt. Zusätzlich soll ein Herstellverfahren für ein solches Zeigerinstrument angegeben werden.

Diese Aufgabe wird für das Zeigerinstrument durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen des Zeigerinstrumentes sind Gegenstand der auf den Anspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüche.

Das Zeigerinstrument nach der Erfindung weist wie die bekannten Zeigerinstrumente auch eine Federeinrichtung auf. Diese Feder­ einrichtung ist jedoch eine auf einer Hülse sitzende und vorge­ spannte Schenkelfeder mit zwei Federschenkeln, wobei sich die Federschenkel im montierten Zustand des Zeigerinstrumentes in­ nerhalb eines Gehäuses an jeweils einem Anschlag abstützen und der erste Anschlag am Gehäuse des Zeigerinstrumentes selbst und der zweite Anschlag am Ausgangszahnrad angeordnet ist.

Zweckmäßigerweise wird der erste Anschlag auf der Innenseite des Gehäusebodens des Gehäuses als in den Innenraum des Gehäu­ ses hineinragender Noppen ausgebildet. Dieser Noppen ist vor­ teilhafterweise einstückig an den Gehäuseboden angeformt, so daß eine einfache Herstellung z. B. in Kunststoffspritztechnik, gewährleistet ist.

Der zweite Anschlag wird gemäß einer Weiterbildung der Erfin­ dung als auf der Unterseite des Ausgangszahnrades angeordneter Noppen ausgebildet, wobei ein dritter Anschlag vorgesehen wer­ den kann, um das Ausgangszahnrad bei vorgespannter Schenkelfe­ der an einer Rückwärtsbewegung und damit einer Drehbewegung in Richtung Federkraft der Schenkelfeder zu hindern.

Der dritte Anschlag an der Innenseite des Gehäusedeckels ist vorzugsweise als nach innen ragender Noppen ausgebildet, wel­ cher einen auf der Oberseite des Ausgangszahnrades angeordneten weiteren Noppen hintergreift, sobald das Ausgangszahnrad auf­ grund der Federkraftwirkung der vorgespannten Schenkelfeder versucht, rückwärts durchzudrehen.

Wie für Zeigerinstrumente oft gefordert, empfiehlt es sich, ei­ nen Zeigerdrehwinkelbereich von mindestens 270° zur Verfügung zu stellen. Dies wird erreicht, indem der in das Innere des Ge­ häuses ragende und als Anschlag dienende Noppen auf der Gehäu­ sedeckelinnenseite und der auf der Oberseite des Ausgangszahn­ rades angeordnete Noppen eine Breite aufweisen, die eine solche Drehbewegung erlauben und damit nicht allzu breit sind.

Die Schenkelfeder besteht vorzugsweise aus Edelstahl, z. B. 4310-Edelstahl, um einerseits eine Korrosion der Schenkelfeder zu verhindern und andererseits eine ausreichende Elastizität zu gewährleisten.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Zeigerinstrumentes nach der Erfindung ist im Anspruch 10 angegeben. Es weist folgende Ver­ fahrensschritte auf:

• - Bereitstellung eines Gehäusebodens mit Hülse, eines Gehäuse­ deckels mit Anschlag, eines Schrittmotors, einer Schenkelfeder und einer Zahnradeinrichtung mit einem Ausgangszahnrad;
• - Montage des Schrittmotors in den Gehäuseboden;
• - Aufstecken der Schenkelfeder auf die Hülse des Gehäusebodens;
• - Einsetzen des Drehwelle des Ausgangszahnrades in die Öffnung der Hülse und Herstellung eines kämmenden Eingriffes zwischen Ausgangszahnrad und Antriebszahnrad des Schrittmotors;
• - Antreiben des Schrittmotors in eine Richtung für eine vorge­ benden Zeitspanne oder eine vorgegebene Umdrehungszahl des Aus­ gangszahnrades unter gleichzeitigem Vorspannen der Schenkelfe­ der;
• - Aufsetzen des Gehäusedeckels, um das Ausgangszahnrad an einer Rückwärtsdrehbewegung über eine volle Umdrehung hinaus zu hin­ dern.

Ein komplizierter Nietvorgang, wie es bei den bekannten Spiral­ federn nötig war, braucht beim Verfahren nach der Erfindung nicht vorgenommen zu werden. Die einzelnen Komponenten des Zei­ gerwerkes können durch einfaches Aufeinanderstecken zusammenge­ baut werden. Zweckmäßigerweise wird hierfür der Gehäuseboden und der Gehäusedeckel durch geeignete Schnappverbindungen mit­ einander zusammengesetzt.

Weiterbildungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 11 und 12.

Das Zeigerinstrument und dessen Herstellverfahren wird nachfol­ gend anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines teilweise aufge­ brochenen Gehäuses eines beispielhaften Zeigerinstru­ mentes nach der Erfindung und

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Zeigerinstrument in Ex­ plosionsdarstellung.

In den nachfolgenden beiden Fig. 1 und 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

Das in Fig. 1 teilweise aufgebrochene und in Fig. 2 in Explo­ sionsdarstellung dargestellte Gehäuse eines Zeigerinstrumentes nach der Erfindung weist einen topfförmigen Gehäuseboden 1 und einen vorzugsweise mittels einer Schnappverbindung darauf arre­ tierbaren Gehäusedeckel 2 auf. Das Gehäuse hat im dargestellten Beispiel eine nahezu dreieckförmige Grundfläche, wobei die dem Betrachter zugewandte Spitze abgerundet ist. Das Gehäuse be­ steht vorzugsweise aus Kunststoff.

Der Gehäusedeckel 2 hat eine Öffnung 15, durch welche die Dreh­ welle 5 eines Ausgangszahnrades 4 einer Zahnradeinrichtung ragt. Auf dem aus der Öffnung 15 herausragenden Abschnitt der Drehwelle 5 ist ein Zeiger des Zeigerinstrumentes befestigbar, z. B. durch einfaches Aufstecken. Dieser Zeiger ist der besseren Übersichtlichkeit in den beiden Fig. 1 und 2 nicht darge­ stellt.

Die Drehwelle 5 sitzt mit ihrem innerhalb des Gehäuses liegen­ den Ende in einer Hülse 6, welche vorzugsweise einstückig am Gehäuseboden angeformt ist, und ist drehfest mit dem Ausgangs­ zahnrad in Verbindung. Sobald das Ausgangszahnrad dreht, dreht auch die Drehwelle 5, so daß ein Zeigerausschlag außerhalb des Gehäuses des Zeigerinstrumentes bei aufgesteckten Zeiger zu beobachten ist.

Das Ausgangszahnrad 4 wird von einem innerhalb des Gehäuses sitzenden, nicht dargestellten Schrittmotor angetrieben. In Fig. 1 ist schematisch ein Zwischenzahnrad 3 gezeigt, welches von einem nicht zu sehenden Antriebszahnrad des Schrittmotors angetrieben wird. Das Zwischenzahnrad 3 steht kämmend sowohl mit dem Ausgangszahnrad 4 als auch mit dem Antriebszahnrad des Schrittmotors in Verbindung. Genausogut könnte das An­ triebszahnrad des Schrittmotors das Ausgangszahnrad 4 des Zei­ gerinstrumentes direkt antreiben. Dies ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich.

Wesentlich ist dagegen die Realisierung eines spielfreien Lau­ fes der Drehwelle 5 und damit des auf dieser Drehwelle 5 auf­ gesteckten Zeigers, so daß eine "zitterfreie" Zeigeranzeige beim gewollten Hin- und Herlauf des Zeigers, wie es z. B. bei einer Drehzahländerung von Drehzahlmessern zu beobachten ist, erreicht wird.

Hierfür ist über die bereits erwähnte Hülse 6 eine Schenkelfe­ der 13, vorzugsweise eine Schenkelfeder aus Edelstahl und insbesondere eine solche aus 4310-Edelstahl, gestülpt. Die Schenkelfeder 13 in den Fig. 1 und 2 weist zwei Federschen­ kel 7, 8 auf. Der Wicklungssinn ist in diesem Ausführungsbei­ spiel so gewählt, daß der erste Federschenkel 7 dem Gehäusedeckel 2 und der zweite Federschenkel 8 dem Gehäuseboden 1 zuge­ wandt ist. Auf den Gehäuseboden 1 von oben her gesehen ist da­ her der Wicklungssinn der Schenkelfeder 6 entsprechend dem Uhr­ zeigersinn gewählt. Die Hülse 6, die Schenkelfeder 13 und die Drehwelle 5 des Ausgangszahnrades 4 sind koaxial zueinander angeordnet.

Der zweite Federschenkel 8 stützt sich an einem Anschlag ab, der durch einen vorzugsweise einstückig im Gehäuseboden 1 ange­ formten und in den Innenraum des Gehäuses ragenden Noppen 9 ge­ bildet ist. Dieser Noppen 9 befindet sich etwa auf halber Di­ stanz zwischen der Drehwelle 5 und der Welle 14 des Zwischenra­ des 3. Der erste Federschenkel 7 stützt sich an einem auf der Unterseite des Ausgangszahnrades 4 angeordneten Noppen 11 ab. Dieser Noppen 11 ragt in Richtung Gehäuseboden 1.

Genau gegenüberliegend zum Noppen 11 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel auf der Oberseite des Ausgangszahnrads 4 ein zur Gehäusedeckelseite ragender Noppen 12. Beide Noppen 11 und 12 haben beispielsweise eine Quaderstruktur. Der Noppen 12 wirkt mit einem vom Gehäusedeckel in das Gehäuseinnere ragenden Anschlag 10 zusammen, um bei aufgesetzten Gehäusedeckel 2 und gespannter Schenkelfeder 13 das Ausgangszahnrad 4 an einem Zu­ rückdrehen über eine volle Drehung des Ausgangszahnrades 4 hin­ aus zu hindern. Der Anschlag 10 befindet sich in diesem Aus­ führungsbeispiel gegenüberliegend zum Noppen 9 im Gehäuseboden 1.

Diese Ausgestaltung des Zeigerinstrumentes erlaubt ein Vorspan­ nen der Schenkelfeder 13, indem das Ausgangszahnrad 4, vorzugs­ weise gemäß dem Wicklungssinn der Schenkelfeder 13, bei noch nicht bzw. noch nicht aufgesetzten Gehäusedeckel 2 einige Male gedreht wird. Dies Drehung ist möglich, weil der Noppen 12 auf der Oberseite des Ausgangszahnrades 4 nicht gegen den Anschlag 10 laufen kann. Nach dem Vorspannen der Schenkelfeder 13 wird der Gehäusedeckel 2 vollständig auf den Gehäuseboden 1 aufge­ setzt, so daß der Anschlag 10 den Noppen 12 hintergreifen kann. Wird die Antriebskraft zum Drehen des Ausgangszahnrades 4 auf­ gehoben, kann zwar das Ausgangszahnrad 4, je nach augenblickli­ cher Stellung des Noppens 12 und des Anschlages 10 ein wenig zurückdrehen. Dieses Zurückdrehen wird wegen des am Anschlag 10 anstoßenden Noppens 12 jedoch auf weniger als eine Umdrehung begrenzt. Wurde die Schenkelfeder 13 beispielsweise durch mehr­ maliges Drehen des Ausgangszahnrades 4 in der Schenkelfeder 13 gespannt, so bleibt dieses Vorspannen trotz eines vernachlässig­ baren Zurückdrehens des Ausgangszahnrades 4 nahezu unverändert beibehalten.

Diese Vorspannung dämpft die Zeigerbewegung und sorgt so für eine spielfreie Anzeige beim Hin- und Herlaufen des Zeigers aufgrund eines den Schrittmotor zugeführten Meßsignales.

Der wesentliche Vorteil des Zeigerinstrumentes nach der Erfin­ dung liegt in dessen sehr einfacher Montagemöglichkeit. Die einzelnen Komponenten Gehäuseboden 1, Schenkelfeder 13, Aus­ gangszahnrad 4, Zwischenzahnrad 3, Schrittmotor und Gehäusedeckel 2 brauchen lediglich zusammen- bzw. aufeinandergesteckt zu werden.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuseboden
2 Gehäusedeckel
3 Zwischenzahnrad
4 Ausgangszahnrad
5 Drehwelle
6 Hülse
7 Federschenkel
8 Federschenkel
9 Anschlag
10 Anschlag
11 Anschlag, Noppen
12 Noppen
13 Schenkelfeder
14 Welle
15 Öffnung

Claims (12)

1. Zeigerinstrument mit einem von einem Schrittmotor antreib­ baren und auf der Welle (5) eines Ausgangszahnrades (4) einer Zahnradeinrichtung sitzenden Zeiger und mit einer Federeinrichtung zur Dämpfung der Zeigerbewegung dieses Zeigers, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung eine auf einer Hülse (6) sitzende und vorgespannte Schen­ kelfeder (13) mit zwei Federschenkeln (7, 8) ist, daß sich die Federschenkel (7, 8) im montierten Zustand des Zeiger­ instrumentes innerhalb eines Gehäuses (1, 2) an jeweils einem Anschlag (9, 11) abstützen, und daß der erste An­ schlag (9) am Gehäuse (1, 2) des Zeigerinstrumentes und der zweite Anschlag (11) am Ausgangszahnrad (4) an­ geordnet ist.

2. Zeigerinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschlag (9) auf der Innenseite des Gehäuse­ bodens (1) des Gehäuses (1, 2) als Noppen ausgebildet ist.

3. Zeigerinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Anschlag (11) als auf der Unter­ seite des Ausgangszahnrades (4) angeordneter erster Noppen ausgebildet ist.

4. Zeigerinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Anschlag (10) vorgesehen ist, um das Ausgangszahnrad (4) bei vorgespannter Schen­ kelfeder (13) an einer Drehbewegung in Richtung Federkraft der Schenkelfeder (13) zu hindern.

5. Zeigerinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Anschlag (10) an der Innenseite des Gehäu­ sedeckels (2) des Gehäuses (1, 2) angeordnet ist und eine auf der Oberseite des Ausgangszahnrades (4) angeordneten zweiten Noppen (12) hintergreift.

6. Zeigerinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Anschlag (10) und der zweite Noppen (12) des Ausgangszahnrades (4) eine begrenzte Drehbewegung des Zeigers von mindestens 270° erlauben.

7. Zeigerinstrument nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste und zweite Noppen (11, 12) des Ausgangszahnrades (4) zueinander gegenüberliegend auf der Unter- und Oberseite des Ausgangszahnrades (4) angeordnet sind.

8. Zeigerinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelfeder (13) aus Edelstahl besteht.

9. Zeigerinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) für die Schenkelfeder (13), die Schenkelfeder (13) und die Drehwelle (5) des Ausgangszahnrades (4) koaxial zueinander angeordnet sind.

10. Verfahren zum Herstellen eines Zeigerinstrumentes nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 9 mit folgenden Verfahrensschrit­ ten:

• - Bereitstellung eines Gehäusebodens (1) mit Hülse (6), eines Gehäusedeckels (2) mit Anschlag (10), eines Schrittmotors, einer Schenkelfeder (13) und einer Zahnradeinrichtung mit einem Ausgangszahnrad (4);
• - Montage des Schrittmotors in den Gehäuseboden (1);
• - Aufstecken der Schenkelfeder (13) auf die Hülse (6) des Gehäusebodens (1);
• - Einsetzen des Drehwelle (5) des Ausgangszahnrades (4) in die Öffnung der Hülse (6) und Herstellung eines kämmenden Eingriffes zwischen Ausgangszahnrad (4) und Antriebszahnrad des Schrittmotors;
• - Antreiben des Schrittmotors in eine Richtung für eine vorgebenden Zeitspanne oder eine vorgegebene Umdre­ hungszahl des Ausgangszahnrades (4) unter gleichzei­ tigem Vorspannen der Schenkelfeder (13);
• - Aufsetzen des Gehäusedeckels (13), um das Ausgangs­ zahnrad (4) an einer Rückwärtsdrehbewegung über eine volle Umdrehung hinaus zu hindern.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung des Schrittmotors derart gewählt ist, daß das Ausgangszahnrad (4) in Richtung Wicklungssinn der Schenkelfeder (13) dreht.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausgangszahnrad (4) über ein Zwischenrad (3) vom Antriebszahnrad des Schrittmotors angetrieben wird.