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" Instrument mit beleuchteter Skalenscheibe
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für die Analoganzeige von Meßwerten. " Die Erfindung betrifft ein
Instrument für die Analoganzeige von Meßwerten, mit einem Gehäuse mit mindestens
zwei parallelen Wänden und einer Vorderseite, mit einem Meßwerk, einer in der Vorderseite
angeordneten Skalenscheibe, einer vom Meßwert angetriebenen und der Skalenscheibe
zugeordneten Anzei geetnri chtung, sowie mit einer Lichtquelle für die Beleuchtung
der Skalenscheibe.
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Für eine Reihe von Anwendungsfällen sind Anzeigeinstrumente mit beleuchteten
Skalenscheiben erforderlich.
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Eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit derartiger Instrumente ist bei
Fahrzeugen gegeben. Hier wird gefordert, daß die Anzeige sowohl bei hellem Sonnenlicht
als auch nachts gut erkennbar ist, eine Forderung,
die relativ schwer
erfüllbar ist, da insbesondere nichts keine Blendung erfolgen darf. Für den genannten
Zweck werden in letzter Zeit zunehmend Leuchtziffern verwendet, die jedoch nur eine
Digitalanzeige ermöglichen, so daß ein gedanklicher Vergleich mit einer Bezugsgröße
vorgenommen werden muß. Derartige Anzeigesysteme machen im allgemeinen den Einsatz
eines Analog-Digital-Wandlers erforderlich, der die Kosten ungünstig beeinflußt.
Der Wunsch nach gut ablesbaren Instrumenten mit Analoganzeige besteht daher fort.
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Bei den meisten bekannten Anzeigeinstrumenten mit beleuchteter Skalenscheibe
ist am Skalenrand mindestens eine Lichtquelle angeordnet, durch welche die Skalenbeschriftung
und eine Anzeigeeinrichtung angestrahlt werden, die beispielsweise aus einem Zeiger,
einem Anzeigeband oder einer Anzeigewalze bestehen kann.
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Bei den betreffenden Geräten besteht allein die Anzeigeeinrichtung
aus verhältnismässig vielen Einzelteilen.
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So befindet sich vor der Skalenscheibe und der Anzeigeeinrichtung
im allgemeinen ein Deckglas, am Rand der Skalenscheibe befinden sich meist mehrere
Lichtquellen mit ihren Anschlüssen, und die Lichteintrittsöffnung befindet sich
zwischen Skalenscheibe und Deckglas.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Instrument der eingangs
beschriebenen Gattung anzugeben, welches auch bei Verwendung nur einer einzigen
Lichtquelle eine äußerst gleichmässige Ausleuchtung der Skalenscheibe ermöglicht,
mit einem Minimum an Bauteilen auskommt, bei unterschiedlichem Fremdlicht gut ablesbar
ist und dabei eine Analoganzeige ermöglicht, die dem Be-
nutzer
einen proportionalen Eindruck von der zu messenden Größe vermittelt.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen
Instrument erfindungsgemäß dadurch1 daß die Anzeigeeinrichtung als zwischen den
parallelen Wänden bewegliche und das Gehäuse in zwei Teilräume sowie die Skalenscheibe
in zwei Teilflächen jeweils veränderbarer Größe unterteilende Trennwand mit einer
Vorderkante ausgebildet ist, die an einer Innenfläche der transparenten Skalenscheibe
vorbeiführbar ist, und daß die Lichtquelle auf einer Seite der Anzeigeeinrichtung
angeordnet ist, derart, daß die eine Teilfläche der Skalenscheibe mit einer anderen
Lichtintensität beaufschlagbar ist als die andere Teilfläche.
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Aufgrund der angegebenen Merkmale begrenzt die Trennwand die Lichtstrahlung
auf jeweils einen der beiden Teilräume, die zum Betrachter hin durch die Skalenscheibe
begrenzt sind. Die Trennwand wirft gewissermaßen ihren Schatten auf die Skalenscheibe,
wobei die Vorderkante der Trennwand die Grenze zwischen "Hell" und "Dunkel" festlegt,
d.h. je nach der Stellung der Trennwand bzw. der Lage der Vorderkante ist ein mehr
oder weniger großer Teil der Skalenscheibe hell erleuchtet, während die restliche
Teilfläche im Dunkeln liegt. Der Hell-Dunkel-Kontrast ist dabei umso ausgeprägter,
je mehr die Trennwand den Innenquerschnitt des Gehäuses verschließt und damit den
Durchtritt von Licht in den dunkleren Teilraum verhindert. Eine gewisse Reststrahlung
im dunkleren Teilraum kann aber durchaus erwünscht sein, um eine vorhandene Beschriftung
der gesamten Skalenscheibe auch im dunklen Bereich noch gerade eben sichtbar werden
zu lassen.
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Der Erfindungsgegenstand besitzt nicht nur den Vorteil, die gestellte
Aufgabe in vollem Umfang zu lösen.Sowohl im Hellen als auch im Dunkeln ist die Analoganzeige
rasch und unmißverständlich erkennbar. Anzeige und Skalenbeleuchtung sind identisch.
Parallaxenfreiheit ist dann gegeben, wenn die Skalenbeschriftung in der gleichen
Fläche liegt, in der auch das Schattenabbild der Trennwand erzeugt wird. Die Anzeigeeinrichtung
ist extrem massearm, da sich die Trennwand aus einem dünnwandigen Material mit geringem
spezifischem Gewicht fertigen läßt. Da die Stellung der Vorderkante der Trennwand
bei einem Meßwerk mit proportionaler Charakteristik dem Meßwert proportional ist,
erhält der Betrachter eine Art Leuchtbandanzeige, die ohne weiteres Nachdenken eine
Vorstellung von der zu messenden Größe vermittelt.
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Es befindet sich kein Zeiger vor einer Skalenplatte, der durch ein
Deckglas geschützt werden müßte; desgleichen sind keine Lichtquellen zwischen Skalenscheibe
und Deckglas erforderlich, die ausserdem noch ausserhalb der Skalenscheibe angeordnet
sein müßten. Infolgedessen sind kleinere Abmessungen des Gehäuses möglich. Skalenscheibe
und Frontglas sind vorzugsweise gleichfalls identisch. Die Skalenbeschriftung kann
sehr kontrastreich ausgeführt werden.
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Als Meßwerk kann im Prinzip jeder bekannte Antrieb einer Anzeigeeinrichtung
verwendet werden wie beispielsweise ein elektrisches Meßwerk (Drehspule), eine Bourdonröhre,
eine Druckmeßdose, ein Bimetall oder - worauf weiter unten noch näher eingegangen
wird - eine durch geringste Drücke leicht verformbare Membran.
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Die Beweglichkeit der Trennwand kann sowohl in senk rechter als auch
in waagrechter Richtung erfolgen, wodurch beispielsweise Profilgeräte im Hochkant-oder
im Querformat erhalten werden. Bei senkrechter Bewegungsrichtung mit Anzeige der
Maximalwerte am oberen Ende der Skalenscheibe kann die Schwerkraft zur Rückstellung
des Anzeigesystems herangezogen werden; bei horizontaler Bewegungsrichtung der Trennwand
wird zweckmässig eine Rückstellfeder eingesetzt, jedoch kann auch hierbei die Schwerkraft
herangezogen werden, in-dem ein Gewicht über einen Winkelhebel auf die Trennwand
einwirkt. Das "Gewicht" kann durch einen Teil des Meßwerks gebildet werden.
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Zur Erzeugung eines deutlich sichtbaren Kontrasts ist es besonders
vorteilhaft, die Skalenscheibe mit einer lichtstreuenden Oberflächenstruktur zu
versehen. Dies kann in einfachster Weise durch eine matte innere Oberfläche der
Skalenscheibe geschehen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Innenfläche der
Skalenscheibe mit einer feinen Oberflächenstruktur zu versehen, wie beispielsweise
mit Mikroprismen oder Mikrolinsen, wie sie von Mattscheiben an Spiegelreflexkamaras
her bekannt sind. Auch hat sich eine Struktur nach Art einer Perlleinwand als durchaus
brauchbar erwiesen.
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Um eine leichtgängige Bewegung der Trennwand auf einem genau vorgeschriebenen
Weg zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, die Trennwand um ein von der Skalenscheibe
entferntes loses Gelenk schwenkbar zu lagern und die Innenfläche der Skalenscheibe
als Zylinderfläche auszubilden, deren Rotationsachse mit der Achse des Gelenks zusammenfällt.
Durch diese Maßnahme kann ein sehr geringer Abstand zwischen der Vorderkante
der
Trennwand und der Zylinderfläche eingehalten werden, so daß eine kontrastreiche,
scharf begrenzte Anzeige möglich ist.
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Der Kontrast sowie die Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze können noch
weiter dadurch gesteigert werden, daß die Lichtquelle in einem Lampengehäuse mit
einer Lichtaustrittsöffnung angeordnet wird, die der Skalenscheibe zugeordnet ist.
Eine weitere Steigerung dieses Effekts ist dadurch möglich, daß in der Lichtaustrittsöffnung
eine Sammellinse angeordnet ist, so daß eine Art Projektor entsteht, der die Vorderkante
der Trennwand auf der Skalenscheibe äußerst scharf abbildet.
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Derartige Sammellinsen sind beispielsweise Massenprodukte der Kamaraindustrie.
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Der Erfindungsgegenstand kann in besonders vorteilhafter Weise als
Druckmeßgerät verwendet werden, welches gemäß der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Trennwand bzw. Anzeigeeinrichtung als Obertragungsplatte für eine in
mindestens einer Richtung ausdehnbare hohle Membran ausgebildet ist, die zwischen
der Trennwand und einem Widerlager angeordnet ist, und daß der Hohlraum der Membran
über eine Leitung mit einem Druckgeber verbindbar ist. Ein derartiges Druckmeßgerät,
jedoch ohne Beleuchtungseinrichtung und ohne Funktion der Obertragungsplatte als
Trennwand, ist beispielsweise durch die DE-PS 17 98 094 bekannt. Als Druckgeber
kann beispielsweise eine von Hand betätigbare kleine Kolbenpumpe verwendet werden,
vorzugsweise aber eine sogenannte thermopneumatische Pumpe, wie sie in der DE-OS
27 50 051 beschrieben ist. In Verbindung mit einem in eine Flüssigkeit eingetauchten
Tauch- oder Steigrohr kann durch einen solchen Druckgeber und .den Erfindungsgegenstand
ein ausserordentlich empfindlicher Flüssig-
keitsstandsanzeiger
gebildet werden, der für die genaue Anzeige von Flüssigkeitsständen unter 100 Millimeter
Wassersäule brauchbar ist.
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Schließlich läßt sich der Erfindungsgegenstand vorteilhaft weiter
ausgestalten durch seine Ausbildung als Feindruckmeßgerät für besonders kleine Meßbereiche,
mit einer Membran, die aus einer dünnen Folie aus organischem Material mit geringer
Eigensteifigkeit besteht und unverbunden an der Trennwand anliegt, so daß die Membran
mittels sehr geringer Gasdrücke aufblähbar ist und beim Aufblähen teilweise von
der Trennwand abhabbar ist, durch eine horizontale Lage des Gelenks um welches die
Trennwand bei der Messung schwenkbar ist und durch die Rückstellung der Trennwand
im wesentlichen durch die Schwerkraft des Anzeigesystems. Ein derartiges Feindruckmeßgerät
ist in der DE-AS 26 09 882 beschrieben; es dient bevorzugt zur Anzeige des,Ulastandes
in der Ulwanne von Kraftfahr: zeugmotoren. Der Ulstand entspricht dabei einer Wassersäule
zwischen etwa 10 und 40 Millimetern. In Verbindung mit der Maßnahme, die Lichtquelle
unterhalb der Trennwand anzuordnen,entsteht dabei eine Fernanzeige des Ulstandes,
der dem unmittelbaren Einblick in die Ulwanne eines Motors entspricht, d.h..der
Ulstand wird durch die leuchtende Teilfläche der Skalenscheibe simuliert.
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Für den Fall, daß als Druckgeber eine kurzzeitig wirkende, elektrisch
beheizte thermopneumatische Pumpe verwendet wird, wie sie in der DE-PS 746 658 beschrieben
ist, läßt sich die Beheizung der Pumpe mit der Beleuchtung des Instruments koppeln.
Für diesem Zweck wird sowohl der Heizstrom des Druckgebers als auch der Strom für
die Lichtquelle durch einen einzigen Schalter geschaltet.
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Auf diese Weise entsteht eine Abrufanzeige, d.h. bei nicht wirksamem
Druckgeber erfolgt auch keine Instrumentenanzeige, so daß auch keine falsche Anzeige
des Ulstandes, die dem Wert "leer" entsprechen würde, vermittelt wird. Eine solche
Schaltung ist für den Fall von Bedeutung, daß der Ulstand in einem Kraftfahrzeugmotor
nur vor dem Start ermittelt werden soll, nicht aber kontinuierlich während der Fahrt.
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Als "Lichtquelle" im Sinne des Erfindungsgegenstandes ist jede Strahlungsquelle
zu verstehen, die auf der Skalenscheibe einen Leuchteffekt mit Hell-Dunkel-Grenze
hervorruft. Dieser Effekt kann durch eine Be.
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schichtung der Skalenscheibe mit fluororeszierenden Eigenschaften
verstärkt werden, wobei allerdings ein Nachleuchten zu vermeiden ist. Besonders
bevorzugt ist eine Skalenbeleuchtung in grüner Farbe. Diesem Wunsch kann durch eine
entsprechende Einfärbung der Skalenscheibe und/oder einer Oberflächenbeschichtung
Rechnung getragen werden.
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Weitere vorteilhafte. Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus den übrigen iSnteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend
anhand einer Figur näher erläutert, die eine perspektivische Darstellung eines Anzeigeinstruments
ist, dessen auf den Betrachter zugerichtete Seitenwand abgenommen ist.
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In der Figur ist ein quaderförmiges Gehäuse 1 mit zwei
parallelen
Wänden 2 und 3 dargestellt, die in Bezug auf die Einbaulage des Instruments Seitenwände
darstellen (die Wand 3 ist im vorliegenden Falle zum Zwecke der Einblicknahme in
das Instrument abgenommen).
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Das Gehäuse, welches aus nicht durchscheinendem Werkstoff besteht,
besitzt noch eine obere Wand 4, eine untere Wand 5, eine Rückwand 6 sowie eine Vorderseite
7, in der eine Skalenscheibe 8 aus durchsichtigem oder durchscheinendem Werkstoff
angeordnet ist, welche die in der allgemeinen Beschreibung genannten Eigenschaften
aufweist. Im vorliegenden Falle ist die Skalenscheibe mit Beschriftungen versehen,
die sich auf ein Instrument zur Ulstandsanzeige bei Verbrennungsmotoren beziehen.
Die Skalenscheibe kann von außen oder innen in das Gehäuse 1 eingesetzt sein, wobei
die Vorderseite 7 des Instruments vorzugsweise eben ausgebildet ist. Die Skalenscheibe
ist in der Weise eingefärbt und behandelt, daß sie in unbeleuchtetem Zustand mattschwarz
aussieht. Die von innen beleuchtete Teilfläche erscheint in der Aussenansicht hellgrün.
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Im Innern des Gehäuses 1 befinden sich ein Meßwerk 9 sowie eine Anzeigeeinrichtung
10, für die gemeinsame Teile verwendet werden. Die Anzeigeeinrichtung 10 besteht
aus einer leicht abgewinkelten Trennwand 11, die um ein loses Gelenk 12 mit einer
horizontalen Achse 13 entgegen der Schwerkraft frei schwenkbar ist. Das Gelenk 12
ist an dem von der Skalenscheibe 8 entfernt liegenden Ende des Gehäuses 1 unmittelbar
vor der Rückwand 6 angeordnet, wobei die Achse 13 parallel zur Rückwand 6 und absolut
senkrecht zu den parallelen Wänden 2 und 3 verläuft. Die Trennwand 11 besitzt eine
parallel zur Achse 13 verlaufende Vorderkante 14, die unmittelbar vor der Innenfläche
15 der Skalenscheibe 8 vorbeiführbar
ist. Die Innenfläche 15 ist
eine teilweise Zylinderfläche, deren Achse mit der Achse 13 des Gelenks 12 zusammenfällt.
Auf diese Weise bewegt sich bei der Anzeige die Vorderkante 14 stets parallel zu
den Mantellinien der Zylinderfläche über diese. Der Abstand zwischen Vorderkante
14 und Innenfläche 15 kann dabei ausserordentlich klein gehalten werden. Auf die
angegebene Weise wird das Gehäuse 1 in einen oberen Teilraum 16 und einen unteren
Teilraum 17 unterteilt, während die Skalenscheibe 8 bzw. deren Innenfläche 15 in
eine obere Teil-fläche 18 und eine untere Teilfläche 19 unterteilt wird.
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Auf der Unterseite der Trennwand 11 ist eine Lichtquelle 20 angeordnet,
die aus einer Glühlampe mit einer Lampenfassung 21 besteht. Die Lichtquelle ist
in einem Lampengehäuse 22 angeordnet, welches an das Gehäuse 1 mit angespritzt ist
und in Richtung auf die Skalenscheibe 8 mit einer Lichtaustrittsöffnung 23 versehen
ist. Da die Trennwand 11 in der Breite auch den lichten Abstand der parallelen Wände
2 und 3 praktisch vollständig ausfüllt, ist nur der untere Teilraum 17 beleuchtet
und damit die jeweils von der Trennwand 11 freigegebene untere Teilfläche 19 der
Skalenscheibe 8. Der Einfluß etwa doch noch in den oberen Teilraum 16 durchtretenden
Lichts wird dadurch verringert, daß sowohl die Innenflächen der Wände als auch.
die Oberseite der Trennwand 11 lichtabsorbierende Eigenschaften besitzen. Der Begriff
Andere Lichtintensität" für die obere Teilfläche 18 schließt den Wert Null, d.h.
absolute Dunkelheit ein. Es kann jedoch durch eine gezielte Lichtdurchlässigkeit
für eine Restbeleuchtung der oberen Teilfläche Sorge getragen werden.
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Die Gesamtanordnung des Instruments besitzt eine senkrechte Symmetrieebene,
in der auch die Lichtquelle 20 angeordnet ist. Der Mittelpunkt dieser Lichtquelle
ist dabei in einer Höhe von etwa einem Drittel des gesamten Gehäuseinnenraums, >gerechnet
von der unteren Wand 5, angeordnet. Auf diese Weise wird folgender Effekt kompensiert:
bei gleichem Lichtstrom pro Flächenelement erscheint eine größere leuchtende Fläche
dem menschlichen Auge stets heller als eine kleinere Fläche. Durch die Anordnung
der Lichtquelle am Ende des unteren Drittels des Gehäusevolumens wird die Lichtmenge
am unteren Ende der Skalenscheibe konzentriert.
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Die Oberseite des Lampengehäuses 22 verläuft in Richtung auf die Rückwand
6 pultförmig abgeschrägt nach unten und bildet ein Widerlager 24 für eine hohle
Membran 25, die aus zwei äußerst dünnen rechteckigen Folien aus organischem Material
besteht, die an ihrem umlaufenden Rande zu einem kissenförmigen Hohl körper luftdicht
verschweißt sind. In den Hohlraum der Membran mündet von unten eine Leitung 26,
die zu einem nicht dargestellten Druckgeber führt.
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Der zwischen der Knickstelle 26 und dem Gelenk 12 liegende Teil der
Trennwand 11 dient gleichzeitig als Obertragungsplatte für die Bewegung des oberen
Teils der Membran 25 auf die Trennwand 11. Einzelheiten eines solchen Meßwerks sind
jedoch in der DE-AS 26 09 882 beschrieben, so daß sich ein näheres Eingehen hierauf
erübrigt. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt eine vorteilhafte
Weiterbildung des Gegenstandes der DE-AS 26 09 882 dar. Im vorliegenden Falle kommt
jedoch noch ein zusätzliches merkmal hinzu
Dadurch daß der Teil
der Trennwand 11, der die Obertragungsplatte bildet und sich auf der Membran abstützt
nicht radial zur Achse des Gelenks 13 verläuft, sondern gegenüber dieser Achse in
Richtung auf das Widerlager 24 versetzt ist, führt die Membran 25 bei ihrer Ausdehnung
und beim Anheben der Trennwand 11 relativ zu dieser eine geringfügige Abrollbewegung
aus, durch die der Schwerpunkt der Berührungsfläche zwischen Membran 25 und Trennwand
11 in Richtung auf die Achse 13 verlagert wird, d.h., der Hebelarm wird kleiner,
und es wird ein vergleichsweise höherer Druck benötigt, um die Trennwand 11 weiter
gegen die Schwerkraft anzuheben. Auf diese Weise wird im beschränktem Umfang eine
stärkere Progression des Drucks im Verhältnis zur Anzeige ermöglicht.
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Das Gelenk 12 ist in einer waagrechten Ebene angeordnet, die gleichzeitig
die Symmetrieebene der Skalenscheibe 8 ist und senkrecht zu deren Aussenfläche verläuft.
Dadurch liegt die Achse 13 genau auf der halben Höhe des Gehäuses 1. Wie in der
Figur dargestellt, ist die Trennwand 11 gegenüber der Lichtquelle 20 dachförmig
abgewinkelt und auf diese Weise um die Lichtquelle teilweise herumgeführt. Die Abwinkelung
ist in der Weise getroffen, daß der zwischen der Knickstelle 26 und der Vorderkante
14 verlaufende Teil der Trennwand 11 in der Höchststellung parallel zur oberen Wand
4 verläuft bzw.
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an dieser anliegt. Auf diese Weise ist eine sehr gedrängte Bauweise
des Instruments möglich.
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Die Ausfüllung des Querschnitts des Gehäuses 1 durch die Trennwand
11 ist aber nicht nur im Hinblick auf die Begrenzung des Lichts auf den einen Teilraum
von Bedeutung. Vielmehr muß auch eine gewisse Luftdurchlässigkeit
nach
beiden Seiten gegeben sein, damit die Anzeige nicht durch die Rückfederung einer
etwa komprimierten Luft verändert wird. Man kann aber sehr wohl einen engen Sitz
der Trennwand 11 im Gehäuse dazu ausnützen, daS im Gehäuse eingesperrte Luftvolumen
zur Däpfung der Anzeige heranzuziehen.
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In der Figur ist die Trennfuge zwischen dem gezeigten Teil des Gehäuses
1 und der abgenommenen Wand 3 eben ausgebildet. Aus Montagegründen kann es jedoch
zweckmässig sein, zusätzlich zu einer Seitenwand auch noch die obere Wand 4 oder
die zweite Seitenwand 2 abzunehmen. In dem zuerst genannten Fall bilden die abnehmbaren
Wandelemente ein "L", im zweiten Fall bilden die abnehmbaren Wandelemente ein "U".
Es ist letztendlich auch möglich, die Skalenscheibe 8 und die übrigen Gehäuseteile
aus dem gleichen durchsichtigen oder durchscheinenden Werkstoff (Kunststoff) durch
Spritzen herzustellen. In diesem Fall werden dann vorzugsweise mit Ausnahme der
Skalenscheibe die restlichen Wandelemente durch einen lichtundundurchlässigen Oberzug
abgedeckt.
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