DE3229907A1

DE3229907A1 - Elektromagnetische anzeigevorrichtung mit einem in definierte positionen bringbaren rotor

Info

Publication number: DE3229907A1
Application number: DE19823229907
Authority: DE
Inventors: Alfred Commack N.Y. Skrobisch
Original assignee: Staver Co Inc
Current assignee: Staver Co Inc
Priority date: 1982-01-18
Filing date: 1982-08-11
Publication date: 1983-07-21
Also published as: GB2113884B; CA1187923A; JPH0489986U; FR2520140B1; IN158263B; SE8206803D0; IT8249479A0; US4393362A; DE3229907C2; SE456955B; GB2113884A; FR2520140A1; JPS58123578A; IT1148661B; SE8206803L

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Anzeigevorrichtung, genauer gesagt eine elektromagnetische Anzeigevorrichtung mit einem in vorbestimmte, definierte Anzeigepositionen verstellbaren Rotor und betrifft insbesondere eine elektromagnetische Anzeigevorrichtung mit einem zweipoligen Drehmagneten, bei dem beide Pole auf der gleichen Seite eines Durchmessers des Magneten liegen und einen Winkelabstand von weniger als 180 haben.

Es ist an sich bekannt, eine elektromagnetische Anzeigevorrichtung, mit einem Rotor zu verwenden, der eine Anzeigescheibe aufweist, die wahlweise in eine von zwei Positionen gebracht werden kann, die einen Winkelabstand von 180° haben. Ein derartiger Anzeiger ist in der älteren US-Patentschrift 4 156 872 vom 29. Mai 1979 beschrieben.

Diese bekannten Anzeigevorrichtungen weisen einige Nachteile und Einschränkungen für die Anwendung auf. Zunächst dreht der Rotor sich bis zu 180° in eine der beiden Anzeigepositionen, die durch die räumliche Anordnung der Pole des Drehmagneten bestimmt sind; diese Pole haben einen gegenseitigen Winkelabstand von 180°. Zweitens schwingt der Rotor bei einer 180°-Drehung frei an dem jeweiligen Bahnende, weil zwischen dem Rotor und dem Kern kein Drehmoment wirksam ist, wenn Rotor und Kern genau aufeinander ausgerichtet sind. Der Rotor reagiert daher auf jede mechanische Erschütterung durch Schwingen oder Prellbewegungen, was für das Auge sehr lästig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten und weitere Nachteile der bekannten elektromagnetischen Anzeigevorrichtungen vom Rotortyp auszuschalten und dem-

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gegenüber eine Anzeigevorrichtung zu entwickeln, die größere Vielseitigkeit, Brauchbarkeit und Eignung für einen größeren Anwendungsbereich besitzt.

Bei der vorliegenden Anzeigevorrichtung wird ein einzelner, gerader Statorkern oder ein Polstück aus permanentmagnetischem Material verwendet, um den/das eine Spule oder ein Leiter gewickelt ist. Ein durch die Spule geleiteter elektrischer Strom magnetisiert den Kern mit einer ersten Polarität, und durch Umkehr der Stromrichtung wird der Kern ummagnetiisert. Der Kern hat längliche Form und liegt radial und nahe dem Rande eines insgesamt zylindrischen Permanentmagneten, der eine Anzeigescheibe trägt und bewegt. Soweit ist der Aufbau von Stator und Rotor konventionell. Gemäß der Erfindung besitzt nun der die Scheibe bewegende zylindrische Magnet zwei Pole, die sich nicht an den entgegengesetzten Enden eines Vertikaldurchmessers des Magneten befinden, wie das aus dem Stand der Technik bekannt ist, sondern jeweils unter einem Winkel zu diesem Durchmesser stehen, wobei sowohl der N- wie der S-PoI von dem Magnetdurchmesser aus betrachtet auf der gleichen Seite liegen; dieser Durchmesser fällt zusammen mit der Längsachse des radial angeordneten Kerns. An dem Stator der Anzeigevorrichtung sind Anschläge vorgesehen, an denen sich ein an dem Rotor angebrachtes Anschlagelement abstützt. Keiner der beiden Pole des die Scheibe antreibenden Drehmagneten steht jemals fluchtend dem Pol des magnetisierten Statorkerns gegenüber. In jeder Anzeigeposition liegt das Anschlagelement des Rotors an einem Statoranschlag an. Daraus ergibt sicheine ständige aufrechterhaltene Anziehungskraft zwischen einem Drehmagnetpol und dem Statorkern bei jeder Anschlagposition der Anzeigescheibel Der Rotor wird in jeder definierten Anhaltposition zwangsweise festgehalten

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und kann weder flattern noch schwingen oder Sprungbewegungen machen. Die vorauseingestellten Winkel gwisehen dem N-PoI oder dem S-PoI des Drehmagneten und dem obengenannten Durchmesser kann zwischen 10° und 45° liegen, so daß der die Scheibe bewegende Magnet sich um jeden Winkelbetrag bis zu etwa 250° drehen kann. Der Beter kann sich um 180° oder um weniger als 180° oder um mehr al· 180° drehen, je nach der räumlichen Lage der Pole des Drehmagneten und des Anschlagelements des Rotors. Der Rotor kann sich entgegengesetzt um den gleichen oder einen kleineren Winkelbetrag drehen, indem die Polarität des Statormagneten umgesteuert wird. In allen extremen Drehisgen bleibt immer ausreichend Winkelabstand zwischen dem Stater™ kern und dem nächstgelegenen Pol des Drehmagneten, um infolge der magnetischen Anziehung zwischen den Polen des Kerns und des Drehmagneten das Anschlagelement des Rotors gegen einen Statoranschlag zu pressen.

Wenn der Statorkern und der dem Statorkern nächstgelegene Pol des Drehmagneten gleichnamige Polarität haben, wird der Drehmagnet abgestoßen, und der Rotor dreht sich aus seiner ersten definierten Anschlagsposition heraus, bis der entgegengesetzte Pol des Drehmagneten in Richtung auf den Statorkern gezogen wird, wobei der Rotor in der zweiten definierten Position des Rotors angehalten und festgehalten wird durch Kontakt zwischen dem Anschlagelement des Rotors und dem Statoranschlag. Durch Umkehren der Polarität des Statorkerns wird die Drehrichtung des Rotors umgekehrt, und der Rotor kehrt in seine erste Anschlagsposition zurück. In jeder Anschlagsposition wird der Rotor angehalten und bleibt in dieser Position praktisch ohne Prell- oder Schwingbewegungen stehen, im Gegensatz zu dem Stoßen und Schwingen, das bei den frei schwingenden Rotoren bei elektromagnetischen Anzeigevorrichtungen bekannter Art festzustellen ist.

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Wichtigstes Merkmal der Erfindung ist es somit, daß es sich um eine elektromagnetische Anzeigevorrichtung handelt, bei der ein Drehmagnet einen N- und einen S-PoI aufweist, die mit gegenseitigem Winkelabstand auf der gleichen Seite eines Durchmessers des Magneten liegen.

Ferner wird mit der Erfindung eine Anzeigevorrichtung der genannten Art angegeben, bei der die Pole mit Winkelabstand auf ein und derselben Seite eines Vertikaldurchmessers des Magneten liegen und der Drehmagnet auf eine Drehbewegung zwischen zwei definierten Anschlagspositionen begrenzt wird, die bis zu 250° auseinanderliegen.

Außerdem stellt die Erfindung eine Anzeigevorrichtung der genannten Art dar, bei der eine an dem Rotor angebrachte Anschlageinrichtung und eine weitere Anschlageinrichtung an dem Stator so angeordnet sind, daß beide Anschlageinrichtungen bei jeder definierten Anhaltposition des Rotors einander berühren.

Schließlich handelt es sich bei der Erfindung um eine Anzeigevorrichtung der genannten Art, bei der der Rotor eine zweiseitige Sichtanzeige tragen kann, wobei jede Seite bei einer unterschiedlichen Anhalteposition des Rotors dargeboten wird.

Die nachstehende Beschreibung dient zur Erläuterung der Einzelmerkmale der Erfindung anhand der Zeichnungen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung;

Fig. 2 bzw. 3 Ansichten von rechts bzw. links, gesehen

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von den Linien 2-2 bzw. 3-3 in Fig. 1 aus;

Fig.2A eine Teilansicht eines Abschnitts von Fig. 2 mit gegenüber der Fig. 2 um 180° gedrehtem Rotor;

Fig. 4 eine Draufsicht in verkleinertem Maßstab von der Linie 4-4 in Fig. 1 aus;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt längs der Linie 5-5 in
Fig. 1;

Fig. 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 1;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Drehmagneten, der in dem Rotor verwendet wird;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines an demRotor
verwendeten Lagerblocks;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht des Lagerblocks, aber gegenüber
schwenkt;

gegenüber der Position nach Fig. 8 um 180° ver-

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Lagerorgans der Anzeigevorrichtung zur Aufnahme des einen Rotorendes ;

Fig. 11 ein Schema des Rotors in einer Anschlagstellung
dieses Rotors;

Fig. 12 ein Schema des Rotors, vergleichbar mit der Darstellung in Fig. 11, wobei der Rotor in einer zweiten Anschlagsposition um 180° verdreht gedreht
gegenüber der Stellung nach Fig. 11 gezeichnet ist;

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Fig. 13 ein Schema des Rotors, wobei dieser in einer anderen Anschlagsposition, um 240° verdreht gegenüber der Stellung in Fig. 11, gezeichnet ist.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf übereinstimmende oder einander entsprechende Bauelemente hinweisen, zeigen die Fig. 1 bis 6 eine insgesamt mit 10 bezeichnete elektromagnetische Anzeigevorrichtung mit einem rechtwinkligen, U-förmigen Ständer 12,der eine waagerechte Grundplatte 14 und senkrecht stehende Stützen 16 und 18 an den beiden Enden der Grundplatte aufweist. Der Ständer stellt den Stator der Vorrichtung dar, der einen Rotor 20 drehbar aufnimmt.

Der Rotor 20 weist eine praktisch kreisrunde Scheibe 22 mit zu einer Durchmesserlinie 23 symmetrischen Seitenteilen auf (vgl. Fig. 4). Die Scheibe 22 kann mit bestimmten Zeichen auf einer Seite oder auf beiden Seiten versehen sein, die wahlweise vorgezeigt werden, wenn der Rotor 20 elektromagnetisch gedreht, zum Stillstand gebracht und in einer der definierten Anschlagpositionen festgehalten wird.

An der Scheibe 22 kann eine baulich damit verbundene Durchmesserrippe 24 ausgebildet sein, die die Scheibe 22 an ihrer einen Seite vollständig und zentral überquert und nach außen über die Scheibe an diametral einander gegenüberliegenden Stellen hinausragt und dadurch Sockel von zwei T-förmigen Drehzapfen 25 und 26 bildet. Ein seitlich vorstehender Lappen 28 jedes der Drehzapfen 25 und 26 stellt einen baulich damit zusammenhängenden diametralen Fortsatz der Scheibe 22 dar.

Der eine Drehzapfen 26 steckt in einem T-förmigen Schlitz 30

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und wird darin durch Reibungskräfte gehalten; der Schlitz 30 ist in einen kegelstumpfförmigen axialen Vorsprung 31 eines zylindrischen Magneten 34 geschnitten (vgl. Fig. 1, 5 und 7). Der andere Lagerzapfen 25 steckt in einem T-förmigen Schlitz 36 und wird darin durch Reibungskräfte gehalten; der Schlitz 36 ist in die eine Seite eines Lagerzapfen- und Anschlagblocks 38 geschnitten (vgl, Fig. 6, 8 und 9). Der Magnet 34 kann mit eineraxialen Welle 40 versehen sein, die über eine von dem Schlitz 30 abgewandte Außenseite 41 des Magneten 34 hinausragt. Der Block 38 kann mit einer Welle 42 versehen sein, die von einer dem Schlitz 36 abgewandten Außenseite 44 des Blocks 38 ausgeht. Die Wellen 40 und 42 können in Lager 46 aufgenommen sein, die an der Außenseite der Stützen 16 und 18 angeordnet sind (vgl. Fig. 1, 2 und 10). Aus der Seite 44 des Blocks 38 steht eine Nase 47 vor, die als Anschlagelement dient und die Schultern oder Anschläge 4 8 und 49 abstützen soll, die mit Abstand voneinander an den beiden Seitenteilen der senkrecht stehenden Stütze 18 vorgesehen sind (vgl. insbesondere die Fig. 1, 2 und 2A). Die Nase 47 begrenzt die Winkeldrehung des Rotors 20 zwischen den um vorgegebene Winkelpositionen voneinander entfernten definierten Anschlagstellen. Die Anschläge 48 und 49 können in unterschiedlichen Höhen angeordnet sein, um die Grenzen der Winkeldrehung des Rotors 20 innerhalb jedes gewünschten Bereichs zu bestimmen und festzulegen. In der in den Fig. 2 und 2A gezeichneten Position ist der Rotor auf eine Drehung von 180° begrenzt. Durch Absenken eines der Anschläge 4 8 oder 4 9 oder beider Anschläge wird der Drehwinkel über 180° hinaus vergrößert. Durch Anheben eines der Anschläge 48 oder 49 oder beider Anschläge wird der Drehwinkel auf weniger als 180° verkleinert.

Ein gerader, axial nach oben zeigender zylindrischer Permanentmagnetkern oder ein Polstück 50 ist an dem einen Ende

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der Grundplatte 14 in der Nähe der Stütze 16 angebracht. Auf den Kern 50 ist eine Drahtspule 51 gewickelt, die durch eine an ihren Enden zugeführte Spannung gespeist wird, um einen N- oder einen S-PoI an dem Ende des Kerns 50 zu erzeugen, das sich in der Nähe des Randes des Magneten 34 befindet. Die Umkehrung der Polarität der Spannung und der Fließrichtung des Stroms in der Spule führt zu einer Umkehrung der magnetischen Polarität des Kerns 50.

Der Magnet 34 ist permanent magnetiisert an voneinander entfernt liegenden PunktenN und S, die einen vorbestimmten Winkelabstand A und B von einem Durchmesser D des Magneten haben (vgl. Fig. 5). Wenn die Winkel A und B vom Durchmesser D aus gemessen jeweils 15° betragen, und wenn die Anschläge 48 und 49 in geeigneter Stellung gegenüber der Anschlagnase 47 angeordnet sind, ist die einen Teil des Rotors 20 bildende Anzeigescheibe 22 auf einenDrehbereich von 180° aus der in den Fig.l bis 6 und 11 gezeigten Lage bis in die entgegengesetzte Lage nach Fig. 2A und 12 beschränkt.

In der ersten Position gemäß Fig. 11 zieht der Magnetpol N' des Kerns 50 den benachbarten Rotorpol S an, der um B° von dem Pol N¹ entfernt steht und nicht mit dem Pol N¹ fluchten kann, weil die Anschlagnase 4 7 an dem Anschlag 4 anliegt (vgl. Fig. 2). Wenn der Kern 50 ummagnetisiert wird, so daß ein Pol S¹ entsteht (vgl. Fig. 12), wird der Rotorpol S abgestoßen und der Rotorpol N angezogen. Der Rotor dreht sich und hält in der Position gemäß Fig. 2A und 12 an, wonach der Rotorpol N unter einem' Winkel A von dem Statorpol S' entfernt ist und wobei die Nase 47 an dem Anschlag 49 anliegt. Man sieht, daß der Rotor sich in beiden Richtungen dreht und wegen der zwangsläufig auftretenden Anziehung zwischen den Polen N'-S und S'-N ohne merkliches Prellen und Schwingen stehenbleibt.

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Fig. 13 läßt erkennen, wie es dem Rotor 20 möglich ist, sich um mehr als 180°, beispielsweise um etwa 240° zu drehen. Man erreicht das dadurch, daß der Rotorpol S um etwa 45 von dem Durchmesser D entfernt erzeugt wird und der Rotorpol N um etwa 45° von dem Durchmesser D entfernt, wobei beide Rotorpole bezüglich des Durchmessers auf der gleichen Seite liegen. Wenn man die Anschläge 48 und 49 geeignet anordnet und die Anschlagnase 47 geeignet einstellt, so daß beispielsweise jeder Rotorpol 10 vor dem Kern 50 angehalten wird, läßt sich der Rotor 20 um einen Winkel von 250° schwenken, und er wird an den beiden Extrempunkten der Drehbewegung in der Position gemäß Fig. 11 und in der Position gemäß Fig. 13 in definierter Weise angehalten und festgehalten.

Eine praktische Anwendung für einen um mehr als 180° verdrehbaren Rotor ist in Fig. 1 dargestellt. Dort ist gestrichelt ein Zahnrad 70 angedeutet, das auf der Welle 40 sitzt. Das Zahnrad 70 kämmt mit einem weiteren Zahnrad 72 anderer Größe, beispielsweise einem Zahnrad mit größerem Durchmesser, das an einer Welle 74 angebracht ist. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich ein höheres Moment auf die das Zahnrad 72 tragende Welle 74 übertragen als es von der das Zahnrad 70 drehenden Welle 40 erzeugt wird. Die Welle 74 kann als Stromabnehnierelement für beliebige Zwecke verwendet werden.

Ende der Beschreibung.

Claims

•ntanwälte · Kuropean I*a(fnf Attorneys

Morf. Clritschncdcr. von Wittgenstein, l'ovlfarh 86 Ol 09. KOIHI München 86

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D.F. Morf

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A. Frlir. von Wittgenstein

Dr. Dipl.-C'hcm.

I'ostanschrift/Postal Address Postfach 86 01 09
D-8000 München 86

11. August 1982 340 309

THE STAVER COMPANY, INC.
Bay Shore, New York, V.St.A.

Elektromagnetische Anzeigevorrichtung mit einem in definierte Positionen bringbaren Rotor

Patentansprüche :

j/Anzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch

einen Stator (12) mit einem feststehenden, ummagnetisierbaren, länglichen Permanentmagnetkern (50); einen von dem Stator (12) gehaltenen Magnetrotor (20), der neben dem länglichen Kern (50) angeordnet ist und auf einer senkrecht zu dem Kern verlaufenden Achse

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über einen Winkelbereich verdrehbar ist, wobei der Rotor (20) einen insgesamt zylindrischen Magneten (34) mit zwei Magnetpolen aufweist, die jeweils auf der gleichen Seite bezüglich eines durch den länglichen Kern (50) verlaufenden Durchmessers des Magneten (34) liegen, so daß eine Ummagnetisierung des Kerns (50) eine Umkehr der Drehbewegung des Magneten (34) herbeiführt, und durch

Anschlagelemente (47 ... 49) an dem Stator (12) und dem Rotor (20) in einer Anordnung, die eine selektive Berührung ermöglicht, so daß die Drehung des Rotors (20) an bestimmten Punkten seiner Winkelbewegung beendet wird, an welchen Punkten die Pole Abstand von dem Kern (50) haben und der eine Pol dem Kern so nahe wie möglich steht und magnetisch von ihm angezogen wird, während die Anschlagelemente (47 ... 49) Dreh- und Schwingbewegungen des Rotors (20) verhindern.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole einen solchen Winkelabstand von dem Durchmesser des Rotors (2O haben, daß eine Winkeldrehung des Rotors bis zu einem Winkel von etwa 250 möglich ist.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Anschlagelementen eine an dem Rotor (20) angeordnete Nase (47) sowie Anschläge (48, 49) gehören, die an den Stator (12) angeformt sind, einen Winkelabstand voneinander haben und wahlweise von der Nase (4 7) berührbar sind, so daß die Rotorbewegung auf einen vorbestimmten Winkelbereich begrenzt ist.

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4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch eine von dem Rotor (20) angetriebene Zahnradübersetzung (70, 72) zur Bildung einer Stromabnehmereinrichtung, die durch Winkelverdrehung des Rotors (20) betätigbar ist.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) außerdem eine Einrichtung zur Sichtanzeige aufweist, die so ausgebildet ist, daß unterschiedliche Seiten der Einrichtung sichtbar werden, wenn der Rotor an dem jeweils zugeordneten Punkte angehalten wird.
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Einrichtung zur Sichtanzeige um eine ebene Scheibe (22) handelt und daß die genannten Seiten die beiden verschiedenen Seiten der Scheibe sind.
7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (48, 49) einen Winkelabstand von 180° voneinander haben.
8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Anschlagelementen eine an dem Rotor (20) angeordnete Nase (47) sowie Anschläge (48, 49) gehören, die an den Stator (12) angeformt sind, einen Winkelabstand voneinander haben, und wahlweise von der Nase (47) berührbar sind, so daß die Rotorbewegung auf einen vorbestimmten Winkelbereich begrenzt ist.

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9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (20) außerdem eine Einrichtung zur Sichtanzeige aufweist/ die so ausgebildet ist, daß unterschiedliche Seiten der Einrichtung sichtbar werden, wenn der Rotor an dem jeweils zugeordneten Punkte angehalten wird.
10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeic hnet, daß die Anschlagelemente (48, 49) so angeordnet sind, daß die Drehung des Rotors (20) auf 180° beschränkt ist, und daß der Rotor außerdem mit einer ebenen Scheibe (22) versehen ist, die jeweils eine
bestimmte Seite an jeweils einer der beiden Anhaltepositionen des Rotors (20) sichtbar werden läßt.