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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches, analog arbeitendes Anzeigeinstrument,
mit mindestens einem Meßwertanzeiger,
mit einer Anzeigeskala, mit einer Meßwertaufnahme- und -verarbeitungsschaltung
zur Aufnahme und Weiterverarbeitung von Meßwerten, mit einem an die Meßwertaufnahme-
und -verarbeitungsschaltung angeschlossenen Schrittmotor zur Positionierung
des Meßwertanzeigers
in einer dem Meßwert
entsprechenden Position an der Anzeigeskala und mit einem elektrischen
Energiespeicher, wobei der Meßwertanzeiger
bei Ausfall einer externen Betriebsspannung mittels der in dem Energiespeicher
gespeicherten Energie auf eine vorbestimmte Rückstellposition zurückgestellt
wird.
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Anzeigeinstrumente
der zuvor beschriebenen Art sind grundsätzlich bekannt und werden überall dort
eingesetzt, wo physikalische Größen oder Änderungen
von physikalischen Größen durch
die Position eines Meßwertzeigers
auf einer Anzeigeskala dargestellt werden sollen. Beispielsweise
werden derartige Anzeigeinstrumente bei Kraftfahrzeugen als Tachometer
oder in Industrieanlagen zur Anzeige eines Flüssigkeitsstandes oder eines
Druckes verwandt. Wurden früher
zum Antrieb des Meßwertzeigers überweigend
elektromagnetische Spulensysteme verwendet, so werden mittlerweile
zunehmend genauere und robustere Systeme mit einem Schrittmotor
eingesetzt. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der
DE 43 10 060 C2 bekannt.
Bei diesem bekannten Anzeigeinstrument, von dem die Erfindung ausgeht,
wird der Meßwertanzeiger
bei Ausfall einer externen Betriebsspannung mittels der in dem Energiespeicher
gespeicherten Energie auf eine vorbestimmte Rückstellposition zurückgestellt.
Nachteilig ist hierbei jedoch, daß der Energiespeicher relativ groß bemessen
sein muß,
um den Meßwertanzeiger auch
aus der Maximalposition zurück
in eine Referenzposition führen
zu können.
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Aus
dem Stand der Technik bekannte Anzeigeinstrumente sind von der Art
der Darstellung eines aufgenommenen Meßwertes unterschiedlich ausgestaltet.
Bekannt ist beispielsweise aus der
DE 36 28 440 A1 nur einen Teil der Anzeigeskala
als Skalenbereich zur Anzeige der Meßwerte zu nutzen, wobei der Skalenbereich
von einem Skalenanfangs- und Skalenendwert begrenzt wird, die den
darstellbaren Meßbereich
festlegen. Teile der Anzeigeskala können dabei durch eine Abdeckung
verdeckt sein.
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Ferner
ist aus der
DE 195
33 829 C1 ein Anzeigeinstrument bekannt, das neben einem
Meßwertanzeiger
auch einen weiteren Grenzwertanzeiger aufweist, mit dem ein – sich möglicherweise
verändernder – Grenzbereich
des dargestellten Meßwertes
angezeigt werden kann.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs beschriebenen
elektrischen Anzeigeinstrument den Energieverbrauch beim Rückstellen
des Meßwertanzeigers
zu verringern und die Arbeitsweise des Anzeigeinstruments zu verbessern.
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Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nur ein
Teil der Anzeigeskala als Skalenbereich – mit einem Skalenanfangswert
und einem Skalenendwert – ausgeführt ist und
daß der
Meßwertanzeiger
unabhängig
von seiner Position immer auf dem kürzesten Weg auf die vorbestimmte
Rückstellposition
zurückgestellt
wird, wobei die vorbestimmte Rückstellposition
außerhalb des
Skalenbereichs liegt.
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Durch
diese Maßnahme
kann die benötigte Speicherkapazität des Energiespeichers
auf die Hälfte
reduziert werden, da der Meßwertanzeiger
in Abhängigkeit
von seiner Position bei Ausfall der externen Betriebsspannung entweder
im Uhrzeigerrichtung oder in entgegengesetzter Richtung – und somit auf
kürzestem
Weg – auf
die vorbestimmte Rückstellposition
zurückgestellt
wird.
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Erfindungsgemäß ist nur
ein Teil der Anzeigeskala als Skalenbereich – mit einem Skalenanfangswert
und einem Skalenendwert – ausgeführt. Die
vorbestimmte Rückstellposition
für den
Meßwertanzeiger
bei Ausfall der externen Betriebsspannung liegt dann außerhalb
des Skalenbereichs. Dadurch ist sichergestellt, daß es nicht
zu einer Fehlinterpretation über
den Wert des Meßwertanzeigers
bei Ausfall der externen Betriebsspannung kommen kann. Der Benutzer
kann somit die Rückstellposition
nicht mit einem Wert aus dem Skalenbereich verwechseln.
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Nach
einer bevorzugten Ausführung
des erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments
wird der Bereich der Anzeigeskala, der nicht zum Skalenbereich gehört, durch
eine Abdeckung verdeckt. Dann befindet sich die Rückstellposition
des Meßwertanzei gers unterhalb
der Abdeckung, und zwar vorteilhafterweise in der Nähe des Randbereichs
der Abdeckung.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Anzeigeinstrument
weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche,
andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments
im normalen Betrieb,
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2 das
Anzeigeinstrument aus 1 bei Ausfall der externen Betriebsspannung
und bei Initialisierung des Anzeigeinstruments,
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3 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments
im normalen Betrieb und
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4 das
Anzeigeinstrument aus 3 bei Ausfall der externen Betriebsspannung.
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1 zeigt
eine Ausführung
eines Anzeigeinstruments 1 mit einem Meßwertanzeiger 2 und
einer Anzeigeskala 3, durch die eine Meßwertaufnahme- und -verarbeitungsschaltung,
ein Energiespeicher und ein Schrittmotor, welche sich alle in einem Gehäuse 4 befinden,
abgedeckt sind. In 2 bzw. in 4 ist
jeweils ein Anzeigeinstrument 1 bei Ausfall der externen
Betriebsspannung dargestellt. Dann befindet sich der Meßwertanzeiger 2 in
einer Rückstellposition 5,
die sich außerhalb
des Skalenbereichs 6 befindet, der durch einen Skalenanfangswert 7 und
einen Skalenendwert 8 begrenzt ist.
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Ein
Teil der Anzeigeskala 3 des Anzeigeinstruments 1 ist
durch eine Abdeckung 9 abgedeckt, wobei die Randbereiche 10 der
Abdeckung 9 außerhalb
des Skalenbereichs 6 liegen. Bei den erfindungsgemäßen Anzeigeinstrumenten 1 gemäß den 1 bis 4 hat
die Abdeckung 9 die Form eines Kreissegments und deckt
den – bei üblichen 270°-Anzeigeinstrumenten
nicht verwendeten – unteren
Bereich ab. Selbstverständlich
kann die Abdeckung 9 auch eine andere Form haben, insbesondere kann
bei einer kreissegmentförmigen
Abdeckung 9 die Abdeckung 9 einen Winkel größer oder
kleiner als 90° aufweisen.
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In 2 ist
das Anzeigeinstrument 1 aus 1 bei Ausfall
der externen Betriebsspannung dargestellt. Fällt die externe Betriebsspannung
aus bzw. unterschreitet sie einen unteren Grenzwert, so wird der
Meßwertanzeiger 2 aus
seiner aktuellen Position innerhalb des Skalenbereichs 6 in
die vorbestimmte Rückstellposition 5 gebracht.
Die Rückstellposition 5 befindet
sich unterhalb der Abdeckung 9 und somit außerhalb
des Skalenbereichs 6, so daß ein Ablesen eines falschen
Wertes des Anzeigeinstruments 1 bei Ausfall der externen
Betriebsspannung nicht möglich
ist. Würde
der Meßwertanzeiger 2 bei
Ausfall der externen Betriebsspannung nicht unter der Abdeckung 9 verschwinden
bzw. aus dem Skalenbereich 6 herausgeführt werden, so könnte ein
Benutzer einen Wert ablesen, der dem tatsächlichen Wert nicht entspricht.
Wenn das Anzeigeinstrument 1 beispielsweise Teil eines
sicherheitsrelevanten Ventils wäre,
könnte
ein Benutzer, wenn der Meßwertanzeiger 2 bei
Ausfall der externen Betriebsspannung nur auf den Skalenanfangswert 7 zurückgeführt würde, das
Ventil versehentlich öffnen,
was ein großes
Sicherheitsrisiko darstellen würde.
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Die
Rückstellposition 5 befindet
sich in der Nähe
des Randbereichs 10 der Abdeckung 9, und zwar
auf der Seite der Abdeckung 9, die dem Skalenanfangswert 7 benachbart
ist. In der Nähe
des Randbereichs 10 der Abdeckung 9, der dem Skalenendwert 8 benachbart
ist, befindet sich eine zweite Rückstellposition 5'. Je nach dem,
wo sich der Meßwertzeiger 2 zum
Zeitpunkt des Ausfalls der externen Betriebsspannung innerhalb des
Skalenbereichs 6 befindet, wird er zur Rückstellposition 5 oder
zur Rückstellposition 5' geführt. Dadurch
wird erreicht, daß der
Meßwertanzeiger 2 unabhängig von
seiner Position immer auf dem kürzesten
Weg auf die vorbestimmte Rückstellposition 5 bzw. 5' zurückgestellt wird.
Die Abdeckung 9 befindet sich symmetrisch zwischen dem
Skalenanfangswert 7 und dem Skalenendwert 8. Unterhalb
der Abdeckung 9 befindet sich neben den Rückstellpositionen 5 und 5' noch ein Anschlag 11,
welcher in etwa gleich weit vom Skalenanfangswert 7 bzw.
vom Skalenendwert 8 entfernt ist. Der Anschlag 11 hat
die Funktion einer Referenzposition und kann zur Kontrolle der Meßgenauigkeit
in bestimmten Abständen
automatisch angefahren werden. Anstelle des Anschlags 11 kann
auch ein beliebiger Sensor, vorzugsweise ein optischer Sensor, zur Überwachung
der Referenzposition benutzt werden.
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Zu
Beginn der Messungen bzw. bei einem Neustart, beispielsweise nach
Ausfall der externen Betriebsspannung, wird der Meßwertanzeiger 2 aus der
Rückstellposition 5 bzw. 5' in die Referenzposition
gefahren. Die Referenzposition wird also nicht bei Spannungsausfall
erreicht, sondern erst beim Neustart. Kurz bevor der Meßwertanzeiger 2 gegen
den Anschlag 11 fährt,
wird eine hohe Ansteuerfrequenz für den Schrittmotor gewählt, weil
sich dann das Drehmoment verringert und somit kein mechanischer Schaden
am Meßwertanzeiger 2 beim
Anschlagen entsteht. Wird nach dem Neustart ein neuer Meßwert gemessen,
so fährt
der Meßwertanzeiger 2 eine
dem Meßwert
entsprechende Position im Skalenbereich 6 mit einer Winkelgeschwindigkeit
an, die zeit- und wegabhängig
ist. Das heißt
in Abhängigkeit
vom zurückzulegenden
Weg bewegt sich der Zeiger zunächst
langsam und dann immer schneller bis zur Maximalgeschwindigkeit.
Dadurch wird eine quasi kontinuierliche Bewegung des Meßwertanzeigers 2 erreicht,
so daß die
tatsächlich
schrittweise Bewegung nicht sichtbar ist.
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In
den 3 und 4 ist eine Ausführung eines
Anzeigeinstruments 1 dargestellt, bei der das Anzeigeinstrument 1 neben
dem Meßwertanzeiger 2 noch
einen zweiten Meßwertanzeiger 12 und
einen Grenzwertanzeiger 13 aufweist. So können beispielsweise
Geschwindigkeit und Temperatur einer Flüssigkeit oder momentaner Druck
und mittlerer Druck gleichzeitig angezeigt werden. Mit dem Grenzwertanzeiger 13 kann
ein oberer oder unterer Grenzwert angezeigt werden, so daß durch
einen Beobachter dann besonders schnell erkannt werden kann, daß sich der
Meßwertanzeiger 2 einem
solchen kritischen Wert nähert.
Selbstverständlich
kann das Anzeigeinstrument 1 auch zwei Grenzwertanzeiger 13 aufweisen,
so daß sowohl
ein oberer als auch ein unterer Grenzwert dauerhaft angezeigt werden
kann. Anstelle des Grenzwertanzeigers 13 oder zusätzlich zu
diesem können
Leuchtdioden 14, 15 Bestandteil des Anzeigeinstruments 1 sein,
die anzeigen, ob sich der Meßwert-anzeiger 2 innerhalb
vorgegebener Grenzen befindet.
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Bei
dem in 4 dargestellten Anzeigeinstrument 1,
das dem Anzeigeinstrument 1 aus 3 bei Ausfall
der externen Betriebsspannung entspricht, befinden sich sowohl der
Meßwertanzeiger 2 als
auch der Meßwertanzeiger 12 in
der Rückstellposition 5.
Hätte beispielsweise
der Meßwertanzeiger 2 zum
Zeitpunkt des Spannungsausfalles einen Wert größer als 50 angezeigt, so wäre er in
die Rückstell-position 5' zurückgeführt worden.