DE3733575A1 - Anzeigeelement - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Anzeigeelement, das aus minde
stens einem sich um die eigene Achse drehenden Bauteil mit
kleinem Trägheitsmoment und mehreren Hauptansichten in ver
schiedenen Farben besteht, sowie einem Schrittmotor, der
dazu bestimmt ist, das drehbare Teil um einen festgelegten
Winkel unterhalb von 15 Grad bei jedem Schritt zu drehen.
Solche Anzeigeelemente sind aus zahlreichen industriellen
Verwirklichungen in verschiedenen Dimensionen bereits gut be
kannt. Sie ermöglichen besonders die Herstellung von großen
Anzeigetafeln, um z.B. die Uhrzeit in öffentlichen Gebäuden
oder auf der Straße, sowie die Temperatur oder auch die Ab
fahrtszeiten auf den Bahnhöfen oder auf dem Flughafen anzu
zeigen.
Die Europäische Patentanmeldung, veröffentlicht unter der
Nr. 00 93 600, beschreibt im einzelnen ein Element mit einem
drehbaren Bauteil, das dazu bestimmt ist, in einer großen
Matrizenanzeigetafel, die große Ausmessungen haben kann, ein
gebaut zu werden. Bei dieser Konstruktion hat das sich um
die eigene Achse drehende Bauteil die Form eines Würfels. Es
ist direkt auf die Achse eines Schrittmotors montiert, der
es bei jedem Schritt um die eigene Symmetrieachse um 90 Grad
dreht. Der Würfel hat vier Hauptansichten, die untereinander
einen Winkel von 90 Grad einschließen; bei jedem Schritt des
Motors werden nacheinander durch die Öffnungen in der Front
abdeckung die Hauptansichten sichtbar. Eine der Hauptansich
ten hat die gleiche Farbe wie die Frontabdeckung, während
die anderen Seiten zwei andere Farben haben. Eine Anzeigeta
fel, die aus den eben beschriebenen Elementen besteht, er
laubt es, je nach Wunsch Zeichen, Zahlen oder Buchstaben in
drei verschiedenen Farben anzuzeigen, sie kann aber auch gar
nichts anzeigen.
Bei dieser Konstruktion befindet sich der größte Teil der
Masse des sich um die eigene Achse drehenden Bauteils außen,
was ein hohes Trägheitsmoment zur Folge hat. Außerdem dreht
sich das Bauteil bei jedem Schritt des Schrittmotors um
einen großen Winkel. Daraus resultiert ein großer Energiever
lust bei jeder Drehbewegung des Würfels, der bei zunehmender
Größe schnell anwächst. Um diese Verluste auszugleichen und
um ein sicheres Funktionieren der Anzeigetafel zu garantie
ren, muß der Motor eine große Energieabgabe und somit auch
einen hohen Stromverbrauch haben.
Die vorher zitierten Beispiele sprechen von festen Installa
tionen oft komplex, die vom Stromnetz mit Energie versorgt
wurden. Der Stromverbrauch der Anzeigetafel hat unter diesen
Umständen mehr als eine zweitrangige Bedeutung. Deshalb ist
es wünschenswert, den Stromverbrauch so niedrig wie möglich
zu halten. Es gibt keine bekannte Anzeigetafel mit bewegli
chen Bauteilen, die einen sehr niedrigen Stromverbrauch auf
weist.
Die neuesten Fortschritte auf dem Gebiet der Mikroelektronik
und der Batterien erlauben es allerdings, eine unabhängige
Stromversorgung in Betracht zu ziehen. Tatsächlich haben die
integrierten Schaltungen bedingt durch die CMOS-Technologie
und die Anwendung von Halbleiterelementen einen sehr kleinen
Stromverbrauch, obwohl sie durch ihre Bauweise auch komplexe
Funktionen erfüllen können. In der Regel beträgt der Strom
verbrauch ungefähr 100 Milliampere, kann aber z.B. in Quarz
uhren auch unter ein 1 Milliampere abfallen. Weiterhin haben
die modernen Lithiumbatterien einen sehr hohen spezifischen
Energiegehalt und vor allem eine sehr geringe Selbstentla
dung, die es möglich macht, daß die Batterien während zehn
Jahren oder länger funktionieren.
Die Informationen, die man anzeigen könnte, wären z.B. die
Temperatur, die exakte Uhrzeit oder andere Informationen,
die man über Funk an einen in die Anzeigetafel eingebauten
Empfänger übermitteln kann. Man könnte z.B. die Uhrzeit syn
chron in einer Stadt, in einer Region oder in einem ganzen
Land mit Hilfe eines Netzes von Digitaluhren, die eine unab
hängige Energieversorgung besitzen und über Funk synchroni
siert werden, anzeigen, sofern es eine ausreichend große
Anzeigetafel geben würde, die nur einen geringen Energiever
brauch aufweist. Logischerweise hat eine solche Zeitübermitt
lung gegenüber den bisherigen Zeitübermittlungen die Vortei
le einer einfachen Montage und einer Wartungsfreiheit.
Da es noch keine Anzeigetafeln mit drehbaren Bauteilen und
großen Abmessungen bei kleinem Energieverbrauch gibt, gelten
auch hier die genannten Vorteile gegenüber allen bisher be
kannten Anzeigetypen. Offensichtlich haben Aktivanzeigen bei
einem hohen Energieverbrauch eine geringe Leistung. Bei Flüs
sigkristallanzeigen liegt der Stromverbrauch im Bereich von
15 nA bei 3 Volt und pro mm2 aktivierten Kristalls. Eine
Anzeige, bestehend aus sieben Segmenten, die 10 cm hoch und
6 cm breit ist, hat also eine Oberfläche von 12 cm2 und ver
braucht 54 Milliwatt. Dieser Verbrauch kann als zu hoch be
zeichnet werden, vor allem bei der ungenügenden Zuverlässig
keit unter erschwerten Betriebsbedingungen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Anzeigeelement
mit drehbarem Bauteil bei großen Abmessungen und geringem
Energieverbrauch.
Erfindunsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der
Motor das sich drehende Bauteil über ein elastisches Zwi
schenstück, das die ruckartigen Bewegungen des Schrittmotors
dämpft, antreibt.
Vorzugsweise könnte man das sich um die eigene Achse drehen
de Bauteil aus einer dünnen Platte mit rechteckigen Abmessun
gen herstellen. Vorteilhaft wäre die Herstellung aus einem
dünnen Metall oder aus einem Kunststoff.
Als weitere Herstellungsmöglichkeit könnte man das elasti
sche Bauteil aus einem Geflecht von Metallfäden herstellen.
Vorteilhafterweise könnte man den Schrittmotor eines Uhr
werks verwenden.
Weitere charakteristische Merkmale und Vorzüge der vorliegen
den Erfindung sind aus der beiliegenden Beschreibung und der
beiliegenden Zeichnung, die ein vorteilhaftes Ausführungsbei
spiel eines solchen drehbaren Bauteiles zeigt, ersichtlich.
Die Zeichnungen zeigen folgendes:
Fig. 1 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Ausfüh
rungsbeispiels eines Anzeigeelements gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist die Hauptansicht einer Anzeigetafel bestehend aus
sieben Elementen gemäß der Erfindung; und
Fig. 3A und 3B zeigen Hauptansichten eines möglichen Ausfüh
rungsbeispiels zum Antrieb der Anzeigeplatten, wie sie auch
aus Fig. 2 ersichtlich sind.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines solchen Anzeige
elements zeigt die Fig. 1 perspektivisch im Teilschnitt. Man
erkennt in dieser Fig. eine Abdeckung 1 mit einer sichtbaren
Fläche 2 und einer Öffnung 3, abgegrenzt durch eine seit
liche Wandung 4. In der Öffnung leicht zurückgesetzt befin
det sich das sich drehende Bauteil, von dem nur der untere
Teil gezeigt ist. Bei dieser Ausführung hat das sich drehen
de Bauteil die Form einer rechtwinkligen Klappe mit zwei
parallelen Hauptansichten 6 und 6′, wobei nur die Seite 6
sichtbar ist. Die Seitenflächen der Klappe sind bei diesem
Beispiel schräg abgeschnitten, wobei auch andere Formen denk
bar wären. Die Klappe 5 hat eine längsverlaufende Symmetrie
achse a-a′, um welche das Teil rotieren kann. In diesem Fall
befindet sich an jedem Ende der Klappe eine Achse, die sich
in einem Lager bewegt, welches auf einem Rahmen befestigt
ist, der ebenso die Frontabdeckung trägt und auf der Zeich
nung nicht gezeigt ist. In der Fig. 1 ist lediglich die
Welle 7 sowie der Befestigungsarm 8 dargestellt. Die andere
Welle mit dem gleichen Befestigungsarm befindet sich am obe
ren Ende der Klappe. Die Welle 7 durchquert den Arm 8 und
das freie Ende befindet sich in einem Zahnrad 9. Dieses Zahn
rad greift in ein anderes Zahnrad 10, das von einer Welle 11
getragen wird, die auf einer Seite im Arm 8 gelagert ist.
Die andere Seite ist im Arm 12 gelagert, der auf dem nicht
gezeigten Rahmen befestigt ist.
Ein Schrittmotor 13, bestehend aus einer Welle 14 und einer
Regelspule 15, ist so angeordnet, daß die Achse der Welle 14
eine Verlängerung der Achse der Welle 11 ist. Der Motor 13
ist auf eine nicht dargestellte Art und Weise auf dem Rahmen
befestigt und die Wellen 11 und 14 sind untereinander durch
ein elastisches Bauteil 16 verbunden, das in dieser Ausfüh
rung aus einem metallischen Plättchen besteht, wobei andere
Ausführungsmöglichkeiten selbstverständlich möglich sind,
z.B. über ein Federelement oder ein Röhrchen aus Kunststoff.
Der Motor 13 wird durch Impulse, die über die Anschlüsse A
und B an die Spule 15 geleitet werden, in Bewegung versetzt.
Bei jedem elektrischen Impuls dreht sich die Welle 14 um
einen Winkel von 180 Grad. Die Drehbewegung findet immer in
der gleichen Richtung statt, wenn es sich um einen nicht um
schaltbaren Motor handelt oder auch in beide Richtungen,
wenn der Motor in beide Richtungen laufen kann. In letzterem
Fall kann der Motor, wenn er zweiphasig ist, zwei Spulen
oder, wenn der mehrphasig ist, auch mehrere Spulen tragen.
Die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Anzeigeele
ments wird im folgenden beschrieben. Bei jedem elektrischen
Impuls, der über die Anschlüsse A und B eingeleitet wird,
bewegt sich die Welle 14 des Motors um eine halbe Umdrehung.
Diese Drehbewegung wird mittels eines elastischen Organs 16
auf die Welle 11 übertragen, welche wiederum über das Zahn
rad 10 die Welle 7 durch das auf ihr sitzende Zahnrad 9 an
treibt. Der Durchmesser des Zahnrades 9 muß größer sein als
der Durchmesser des Ritzels 10, damit die Welle 7, auf der
die Klappe 5 sitzt, gegenüber der Welle 11 untersetzt ist.
Unter diesen Umständen muß der Motor mehrere Schritte zurück
legen, damit sich die Klappe 5 um eine halbe Umdrehung be
wegt.
Eine der Hauptansichten der Klappe 5, z.B. die Seite 6, hat
die gleiche Farbe wie die sichtbare Seite 2 der Frontabdek
kung 1, während die andere Seite 6′ eine andere Farbe hat.
Also hebt sich die Hauptansicht 6, die man durch die Öffnung
in der Abdeckung 1 sieht, farblich nicht von der sichtbaren
Seite der Abdeckung 2 ab. Das Anzeigeelement ist also neu
tral. Falls jedoch die Seite 6′ sichtbar wird, die eine ande
re Farbe hat, tritt die Klappe 5 gegenüber der Abdeckung 1
klar hervor. Hierdurch kann das Anzeigeelement Teil einer
Information werden.
Damit diese Information mit einem Minimum von Energieaufwand
bewerkstelligt werden kann, muß das Trägheitsmoment aller
beweglichen Teile, sowie die Querbeschleunigung während der
Rotation, so klein wie möglich gehalten werden. Ein kleines
Trägheitsmoment kann erreicht werden, in dem als Material
für die Klappe entweder ein dünnes Metallblatt verwendet
wird oder ein Thermoplast oder auch ein synthethischer
Schaumstoff. Im Ruhezustand sind die Hauptansichten 6 und 6′
der Klappe 5 genau vertikal. Die Klappe kann also durch ihr
Eigengewicht nicht ihre Position auf der Achse a-a′ verän
dern. Bei der Rotation könnte sich die Klappe allerdings
durchbiegen, wenn die beiden Hauptansichten sowie die Achse
a-a′ horizontal sind. Während der Drehbewegung kann diese
leichte Deformation allerdings hingenommen werden. Die Be
schleunigungen der Klappe 5, die durch den Motor 13 hervorge
rufen werden, werden einerseits durch das elastische Bauteil
16 zwischen den Achsen 14 und 11, sowie durch die Unterset
zung zwischen dem Ritzel 10 und dem Zahnrad 9 begrenzt. Dar
aus resultiert eine gleichmäßige und langsame Drehbewegung
als eine gute Voraussetzung für geringen Energieverbrauch.
Das Untersetzungsverhältnis zwischen dem Ritzel 10 und dem
Zahnrad 9 ergibt sich aus einem Kompromiß zwischen dem Ener
gieverlust, der entsteht, wenn sich die Klappe 5 um mehr als
180 Grad schwingt, und der tolerierbaren Zeit, die notwendig
ist, um die Bewegung auszuführen. Abhängig von der Größe der
Klappe kann diese Untersetzung jedoch nicht kleiner als 12
werden, was ungefähr einem Rotationswinkel von 15 Grad pro
Schritt des Motors entspricht. Die Elastizität des elasti
schen Bauteils 16 wird begrenzt durch das Trägheitsmoment
der auf der Welle 11 vereinigten Bauteile, sowie durch das
Drehmoment des Motors 13. Je kleiner das Drehmoment des
Motors ist, desto elastischer kann das elastische Bauteil
also sein.
Um die Klappe anzutreiben, können Schrittmotoren verwendet
werden in der Größenordnung zwischen 1 und 100 Milliwatt,
abhängig von den Abmessungen der Klappe, dem Untersetzungs
verhältnis, sowie der Elastizität des elastischen Übertra
gungsbauteils. Diese Motoren werden in großer Stückzahl in
Uhrwerken verwendet. Bedingt durch die hohen Produktions
zahlen sind diese Motoren günstig. Das hat einen günstigen
Einfluß auf den Preis des Anzeigeelements gemäß dieser Erfin
dung, da es aus keinen teuren Bauteilen besteht, weil alles
eine einfache Form hat und aus leichtem Material besteht.
Das beschriebene Anzeigeelement mit geringem Energiebedarf
kann in Anzeigetafeln, die komplexe Information darstellen,
verwendet werden. Ein Beispiel solch einer Anwendung ist
Fig. 2, die eine bekannte Siebensegmentanzeige mit den Seg
menten a, b, c, d, e, f und g darstellt. Solch eine Einheit be
steht aus einer Abdeckung 20 mit sieben Öffnungen 21, sowie
sieben Klappen 22, die in diese Öffnungen eingefügt sind.
Die Klappen sind identisch mit den Klappen 5, die in Fig. 1
dargestellt sind, und jede einzelne Klappe ist von einem ei
genen Motor angetrieben. Bei diesem Beispiel sind die Klap
pen so angeordnet, daß die Ziffer drei erscheint. Dies bedeu
tet, daß die Segmente e und f die gleiche Farbe wie die Ab
deckung haben, während die Segmente a, b, c, d und g eine ande
re Farbe aufweisen.
Der Energieverbrauch einer solchen Anzeige, die z.B. die
Sekunden anzeigen kann und eine Höhe von ca. 10 cm aufweist,
kann weniger als 10 Milliwatt betragen. Dieser Wert ist mit
den ca. 54 Milliwatt Stromverbrauch einer Flüssigkristallan
zeige bei gleicher Größe zu vergleichen.
Vorteilhafterweise kann ein Anzeigeelement gemäß der Erfin
dung als Teil einer großen Anzeigetafel mit sehr vielen Seg
menten eingesetzt werden oder auch in einer Matrizenanzeige
tafel, wo jedes Segment eine quadratische Form haben muß.
Aus Platzgründen können in diesem Fall die Schrittmotoren
zum Antrieb der Klappen nicht wie in Fig. 1 dargestellt
montiert werden.
Eine kompaktere Konstruktion des Mechanismus bei zwei benach
barten Anzeigeklappen ist in den Fig. 3A und 3B für die Seg
mente d und e der Fig. 2 dargestellt. Die Klappe 22 des
Segmentes d ist z.B. mit einem Ende auf einer Welle 25 mon
tiert, die sich in einem Lager dreht, das in der Befestigung
26 montiert ist und Teil der nicht dargestellten Abdeckung
20 ist. Die Welle 25 wird angetrieben über ein Kegelrad 28,
das auf ihr befestigt ist, und über ein Kegelrad 29, das auf
der Achse des Motors 27 befestigt ist. Dieses Getriebe ermög
licht eine rechtwinklige Anordnung der Achse des Motors zur
Achse 25, was den Platzbedarf des Antriebsmechanismus der
Klappe verringert. Die Betätigung der anderen Klappe ist ana
log zu der eben beschriebenen. Selbstverständlich können
auch andere Möglichkeiten angewendet werden, und der rechte
Winkel kann genausogut durch einen Schneckentrieb, anstatt
der beiden Kegelräder, erreicht werden.
Es ist selbstverständlich, daß das beschriebene Anzeigeele
ment von einem Fachmann in verschiedenen Varianten modifi
ziert werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlas
sen.
Claims (7)
1. Ein Anzeigeelement, das zumindest besteht aus
- - einem sich drehbaren Bauteil (5) mit kleinem Trägheits moment das mehrere verschiedenfarbige Hauptansichten hat (6, 6′);
- - sowie einem Schrittmotor, der dazu bestimmt ist, das sich drehende Bauteil (5) um einen bestimmten Winkel unter 15 Grad bei jedem Schritt zu drehen,
dadurch gekennzeichnet, daß
der genannte Motor (13) das sich drehende Bauteil (5) mit
tels eines elastischen Bauteils (16), das die Rucke des Mo
tors dämpft, antreibt.
2. Anzeigeelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das sich drehende Bauteil (5) eine Klappe von geringer Stär
ke ist, die zwei Hauptansichten (6, 6′), die parallel und
rechtwinklig sind, aufweist.
3. Anzeigeelement nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klappe aus einem dünnen Metallblatt hergestellt wird.
4. Anzeigeelement nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klappe aus einem thermisch verformten Kunststoff herge
stellt wird.
5. Anzeigeelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das elastische Bauteil (16) aus einem Ring aus metallischen
Drähten besteht.
6. Anzeigeelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei dem Schrittmotor um ein Uhrwerk handelt.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |