DE3925892C2 - Kreuzspul-Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Kreuzspul- Anzeigevorrichtung mit einem Paar von Kreuzspulen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Kreuzspul-Anzeigevorrichtung ist aus der EP-02 55 772 bekannt. Davon werden die Ströme, die durch die Kreuzspulen fließen, von einem Mikroprozessor berechnet, welcher die Verläufe von sin- und cos-Funktionen abschnittsweise linear aproximiert.

Die DE-OS 30 03 151 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Betrieb eines Weitwinkel-Anzeigegeräts.

Diese bekannte Vorrichtung zum Betreiben eines Anzeigegeräts mit zur Erzeugung eines resultierenden Magnetfeldes senkrecht aufeinanderstehenden ersten und zweiten Spulen und mit einem winkellagenmäßig durch das resultierende Magnetfeld einstellbaren Zeiger zur Anzeige eines zum Ausmaß einer Eingangsgröße proportionalen Wertes enthält eine Schaltung, die in Abhängigkeit von der Eingangsgröße ein dem Ausmaß der Eingangsgröße proportionales Signal erzeugt, ferner einen Funktionsgenerator, der in Abhängigkeit von dem Signal ein Ausgangssignal erzeugt, das sich wie eine Tangensfunktion des Signals über jeweils einen Bereich aus einer Vielzahl von Bereichen verhält und dazu eine Steuer- und Antriebsschaltung, die durch den Funktionsgenerator so gesteuert wird, daß ein variabler Treiberstrom proportional zum Ausgangssignal des Funktionsgenerators und ein Referenztreiberstrom erzeugt werden, wobei letzterer gleich dem Maximalwert des variablen Treiberstroms ist, und wodurch wahlweise die beiden Treiberströme an die ersten bzw. zweiten Spulen angelegt werden und die Polarität der Treiberströme so gesteuert wird, daß ein resultierendes Magnetfeld in der bekannten Weise errichtet wird, und zwar in einer Richtung, daß der Zeiger entsprechend dem Ausmaß der Eingangsgröße in seiner Winkellage eingestellt ist.

Aus der DE-PS 4 66 377 ist ein Stift zum Beschränken der Drehbewegung eines Zeigers eines elektrischen Meßgeräts an einer vorbestimmten Position bekannt. Weiterhin ist der DE-PS 4 66 377 zu entnehmen, daß zum Unterdrücken von Berührungsgeräuschen zwischen dem Zeiger und dem Stift eine mechanische Einrichtung in Form einer Reibungsbremse vorgesehen ist.

Wie in Fig. 1 zur Veranschaulichung der Problematik gezeigt, besteht der den Zeiger antreibende Teil des Kreuzspul- Anzeigegeräts im allgemeinen aus einem Paar von Spulen L₁ und L₂, die in Quadratur geschaltet sind, einem Magnetrotor Mg, der drehbar in einem durch die beiden Spulen L₁ und L₂ erzeugten resultierenden magnetischen Feld angeordnet ist, einem Zeiger A, der mit einem Ende auf der Rotorwelle (nicht dargestellt) des Magnetrotors Mg befestigt ist, einer Skalenscheibe B zur Anzeige der erfaßten Variablen in Verbindung mit der Drehstellung des Zeigers A, einem Nullpunkt-Anschlagstift P, der die Drehung des Zeigers A begrenzt, und einer Spiralfeder C zum Vorspannen des Zeigers A und des Magnetrotors Mg gegen den Anschlagsstift P.

Bei dieser Anordnung können, wenn Antriebsströme i₁ und i₂ jeweils durch die Kreuzspulen L₁ und L₂ mit 90° Phasenverschiebung fließen, wie in Fig. 2 veranschaulicht, die in den Spulen erzeugten magnetischen Felder dargestellt werden durch die folgenden Gleichungen:

In den Formeln bezeichnen jeweils: µ₁ und µ₂ die magnetische Permeabilität der Spulen L₁ und L₂; n₁ und n₂ die Windungszahl der Spulen; und S₁ und S₂ die Querschnittsfläche der Spulen.

Andererseits kann der Drehwinkel α des Magnetrotors Mg, da er sich mit der resultierenden magnetischen Achse der magnetischen Felder Φ₁ und Φ₂ verstellt, durch folgende Gleichung dargestellt werden:

Wenn die Spulen L₁ und L₂ mit einem jeweils gleichen Aufbau benutzt werden, kann die Gleichung (2) auch wie folgt geschrieben werden:

Die Formel besagt, daß der Drehwinkel α durch die Antriebsströme i₁ und i₂ bestimmt wird.

Es sei nunmehr angenommen, daß die Antriebsströme i₁ und i₂ definiert sind durch:

Dann kann der dem resultierenden magnetischen Feld entsprechende Drehwinkel R wie folgt dargestellt werden:

Der Drehwinkel R gleicht also dem Drehwinkel des Zeigers, d. h. α = R. Infolgedessen entspricht die Richtung des von den Kreuzspulen L₁ und L₂ erzeugten resultierenden magnetischen Feldes dem Winkel R, wie in Fig. 3 dargestellt ist; und der Magnetrotor Mg wird gegen die Vorspannkraft der Spiralfeder C bis zum Betrag des Drehwinkels R ausgelenkt, entsprechend der erfaßten Variablen.

Durch Ablesen der Stellung des Zeigers A, der sich zusammen mit dem Magnetrotor Mg vor der Skalenscheibe B dreht, ist es möglich, den Wert der erfaßten Variablen festzustellen. Es sei bemerkt, daß die Amplituden der Antriebsströme i₁ und i₂ im vorliegenden Falle durch Einbeziehung der Vorspannkraft der Sprialfeder C bestimmt werden.

Um die Kreuzspulen, wie oben erläutert, anzutreiben, ist es erforderlich, eine Antriebseinheit zum Antreiben der Kreuzspulen bereitzustellen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Antriebseinheit als Antriebsströme Impulsströme von der Form sin R und cos R an die Kreuzspulen liefert, welche Nutzarbeitsverhältniswerte (duty ratios) entsprechend der erfaßten Variablen besitzen. Weiter wird in Bezug auf die Antriebseinheit verlangt, daß zur Herabsetzung der Produktionskosten des Anzeigegerätes die Antriebseinheit einen einfachen Aufbau besitzt. Überdies können, wenn eine solche Antriebseinheit in einem Kreuzspul-Anzeigegerät vorhanden ist, verschiedene, in einem konventionellen Kreuzspul-Anzeigegerät auftretende Probleme gelöst werden, da es möglich ist, eine digitale Verarbeitung verschiedener Daten durchzuführen.

Im folgenden soll eines der Probleme unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen Anzeigegeräte gemäß dem Stande der Technik mit einer Antriebseinheit, die Impulsströme mit einem Nutzarbeitsverhältnis entsprechend der erfaßten Variablen liefert.

So werden bei der Antriebseinheit des in Fig. 4 dargestellten Kreuzspul-Anzeigegerätes Impulsströme mit einem der erfaßten Variablen entsprechenden Nutzarbeitsverhältnis erzeugt und über eine Ausgabeschaltung 50 den Kreuzspulen L₁ und L₂ zugeführt.

Die Antriebseinheit weist folgende Komponenten auf: einen Sensor 10 zur Erfassung einer Variablen, wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit; einen Frequenz-/Spannungswandler (F/V) 20; eine Schaltung 30 zur Berechnung des Nutzarbeitsverhältnisses; eine Schaltung 40 zur Erzeugung eines Nutzarbeitsimpulses; und eine Ausgabeschaltung 50. Die Kreuzspulen L₁ und L₂ sowie der Magnetrotor Mg sind die gleichen wie die in Fig. 1 dargestellten.

Im Betrieb wird ein vom Sensor 10 erzeugtes Ausgangssignal, das beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt, an den Frequenz-/Spannungswandler (F/V) 20 geliefert, der es in eine Gleichspannung umwandelt. Die so erzeugte Gleichspannung wird an die Schaltung 30 zur Berechnung des Nutzarbeitsverhältnisses angelegt, in welcher die sin R- und cos R-Werte des Drehwinkels R des Zeigers A entsprechend der Spannung ermittelt werden. Dann wird jedes in Fig. 5 dargestellte Nutzarbeitsverhältnis aus Belastungskenngrößen (duty characteristics) berechnet, die sich in Übereinstimmung mit sin R und cos R verändern. Jeder der Nutzarbeitsimpulse wird in der Schaltung zur Erzeugung von Nutzarbeitsimpulsen 40 erzeugt, und Impulsströme im Nutzarbeitsverhältnis werden über die Ausgabeschaltung 50 jeweils an die Spulen L₁ und L₂ geliefert.

Da die Impulsströme i₁ und i₂ proportional zu sin R und cos R sind, und da sich der Winkel α des resultierenden Magnetfeldes gemäß der erfaßten Variablen ändert, wird der Zeiger A gegen die Vorspannkraft der Spiralfeder in die Richtung des resultierenden Magnetfeldvektors gedreht, wodurch die Ablesung des Drehwinkels des Zeigers A auf der Skalenscheibe B möglich wird.

Nun ist, wie anfänglich erwähnt, ein Anschlagstift P an einer Stelle in der Nähe der Nullanzeigeposition angebracht, wie in Fig. 1 gezeigt ist, und der Zeiger A wird normalerweise durch die Spiralfeder C mit Vorspannung gegen den Anschlagstift P gezogen. Infolgedessen wird, wenn sich der Zeiger A im Falle eines Geschwindigkeitsmessers in der Nähe der Nullanzeigeposition, oder im Falle eines Brennstoffanzeigers in der Nähe der "E"-Position befindet, der Zeiger A in Kontakt mit dem Anschlagstift P gebracht. Da in der Nähe einer "Null"-Position oder einer "E"-Position der Skalenscheibe B die erwünschte Linearität der Anzeige nicht gewährleistet werden kann, muß die "Null"-Position bzw. die "E"-Position an einen höher gelegenen Punkt verlegt werden, der normalerweise um 5° bis 10° oberhalb der wirklichen Position liegt. Ebenfalls muß die Position des Anschlagstiftes in den entsprechenden Punkt verschoben werden. Durch diesen Umstand wird infolge wiederholten Aneinanderschlagens von Zeiger und Anschlagstift aus Gründen, die später erläutert werden, ein Störgeräusch erzeugt.

Fig. 6 veranschaulicht einen detaillierten Schaltungsaufbau der in Fig. 4 gezeigten Ausgabeschaltung 50. In der Ausgabeschaltung 50 sind zwei Paare von NPN-Transistoren Q11, Q13 und Q12, Q14 in Gestalt einer ersten Brückenschaltung mit der ersten Spule L₁ verbunden; und zwei weitere Paare von NPN-Transistoren Q21, Q23 und Q22, Q24 sind in Gestalt einer zweiten Brückenschaltung mit der zweiten Spule L₂ verbunden, wobei beide Schaltungen zwischen der Versorgungsquelle +Vcc und Erde liegen. Die jeweilige Basis der Transistoren Q11 bis Q21 ist an die Schaltung zur Erzeugung der Nutzarbeitsimpulse 40 angeschlossen.

Im Betrieb werden, wenn jeder der Impulsströme i₁ und i₂ durch die Spulen L₁ und L₂ in Richtung der in Fig. 6 durchgezogenen Linie fließen soll, die Transistoren Q11, Q14 abgeschaltet und die Transistoren Q21, Q24 eingeschaltet. Demgegenüber werden durch Anlegen von Impulssignalen aus der Schaltung zur Erzeugung der Nutzarbeitsimpulse 40 an die Basis der Transistoren die Transistoren Q21, Q24 eingeschaltet und die Transistoren Q22, Q23 abgeschaltet.

Andererseits werden, wenn die Impulsströme i₁ und i₂ als Antriebsströme in Richtung der in Fig. 6 gestrichelten Linie durch die Spulen L₁ und L₂ fließen sollen, die Transistoren Q12, Q13 eingeschaltet und die Transistoren Q11, Q14 ausgeschaltet, während die Transistoren Q22, Q23 eingeschaltet und die Transistoren Q21, Q24 ausgeschaltet werden.

Da der Zeiger A durch die Impulsströme angetrieben wird, welche durch die Spulen L₁ und L₂ fließen und Reaktionsfolge der Änderungen der Nutzarbeitsverhältniswerte oder der erfaßten Variablen sind, folgt der Zeiger A den durch die Änderungen hervorgerufenen Vibrationen, so daß ein Störgeräusch erzeugt wird, wenn der Zeiger A an den Anschlagstift P schlägt. Insbesondere ist, wenn das Anzeigegerät als Geschwindigkeitsmesser verwendet wird, der Zeiger A bei niedriger Geschwindigkeit so eingestellt, daß er niemals ganz vom Anschlagstift loskommt und es bei niedriger Geschwindigkeit wiederholt zu Anschlags- und Ablösebewegungen zwischen Zeiger A und Anschlagstift P infolge von Vibrationen kommt, wodurch ein Störgeräusch erzeugt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kreuzspul- Anzeigevorrichtung zu schaffen, bei der störende Vibrationen des Zeigers mit einfachen Mitteln effektiv unterdrückt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Ein Kreuzspul-Anzeigegerät mit der vorgenannten Struktur erlaubt es, die Erzeugung der durch das wiederholte Anschlagen von Zeiger- und Anschlagstift innerhalb des vorausbestimmten Winkelbereiches verursachten Störgeräusche zu unterdrücken.

Die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.

Fig. 1 stellt den Grundaufbau des Kreuzspul-Anzeigegerätes mit Kreuzspulen, Magnetrotor und Zeiger, Vorspannfeder und Skalenscheibe gemäß einer Ausführungsform des Standes der Technik dar;

Fig. 2 stellt die Kreuzspulen mit hindurchfließenden Antriebsströmen dar;

Fig. 3 veranschaulicht das resultierende Magnetfeld der durch die Kreuzspulen erzeugten Magnetfelder;

Fig. 4 zeigt eine Antriebseinheit für die Kreuzspulen gemäß dem Stande der Technik;

Fig. 5 veranschaulicht die Kennlinien der Nutzarbeitsverhältnisse von sin R und cos R der an die Kreuzspulen zu liefernden Ströme;

Fig. 6 gibt eine detaillierte Darstellung der in Fig. 4 wiedergegebenen Ausgabeschaltung;

Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Antriebseinheit für ein Kreuzspul-Anzeigegerät;

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Antriebseinheit für ein Kreuzspul-Anzeigegerät gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 zeigt den Verlauf des Zeigerdrehmomentes in Bezug auf den Drehwinkel des Zeigers;

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebseinheit des Kreuzspul-Anzeigegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 stellt ein Flußdiagramm des in Fig. 10 gezeigten Mikroprozessors dar;

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform der Ausgabeschaltung sowie eine Stromsteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 stellt eine weitere Ausführungsform einer Antriebseinheit für ein Kreuzspul-Anzeigegerät gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 14 zeigt eine andere weitere Ausführungsform einer Antriebseinheit für ein Kreuzspul-Anzeigegerät gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 zeigt die Nutzarbeitsverhältnisse der Ströme ohne Kompensation;

Fig. 16 zeigt die kompensierten Nutzarbeitsverhältnisse der an die Kreuzspulen zu liefernden Ströme; und

Fig. 17 stellt ein weiteres Steuer-Flußdiagramm des in Fig. 14 gezeigten Mikroprozessors dar.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnung sollen nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.

Fig. 7 zeigt eine Illustration einer Antriebseinheit zum Antreiben der Kreuzspulen L₁ und L₂ durch Impulsströme mit sin R- und cos R-Verlauf, die durch einen sin R-Funktionsgenerator eines ROM erzeugt werden.

Die Antriebseinheit umfaßt eine Taktschaltung 1, eine Zählerschaltung 2, eine sin R-Funktionsgeneratorschaltung 3, einen sin R-Nutzarbeitsimpulsgenerator 4, einen cos R-Nutzarbeitsimpulsgenerator 5, eine erste Antriebsschaltung 6, eine zweite Antriebsschaltung 7, und eine Richtungseinstellschaltung 8. Die in Quadratur geschalteten Kreuzspulen L₁ und L₂ sind in der gleichen Weise aufgebaut wie die in Fig. 1 dargestellten Spulen.

In Betrieb werden ein Rechtecksignal, dessen Periode in Übereinstimmung mit der erfaßten Variablen, beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, schwankt, und Taktsignale an die Zählerschaltung 2 angelegt. Das Ausgangssignal der Zählerschaltung 2 wird an die sin R-Funktionsgeneratorschaltung 3 geliefert und das sin R-Funktionssignal der Funktionsgeneratorschaltung 3 des ROM wird direkt an die sin R-Nutzarbeitsimpulsgeneratorschaltung 4 angelegt, um daraus einen sin R-Nutzarbeitsimpuls zu erzeugen.

Andererseits wird das sin R-Funktionssignal indirekt an den cos R-Nutzarbeitsimpulsgenerator 5 angelegt. Es wird nämlich das sin R-Funktionssignal der Funktionsgeneratorschaltung 3 an die Antriebsschaltung 7 nach Verschiebung der Phase des sin R-Ausgangssignals um 90° durch (nicht dargestellte) Phasenschiebermittel entsprechend dem Prinzip: sin (90°±R) = cos R angelegt.

Die so durch den sin R-Nutzarbeitsimpulsgenerator 4 und den cos R-Impulsgenerator 5 erzeugten Impulsströme werden über die Antriebsschaltungen 6 und 7 an die Spulen L₁ und L₂ geliefert.

Die Richtungseinstellschaltung 8 bestimmt die Richtung der durch die Kreuzspulen L₁ und L₂ fließenden Antriebsströme in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der Zählerschaltung 2. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt die Beziehung zwischen dem Quadranten, den Winkeln und dem Anschluß der Ausgangsklemmen der Antriebsschaltungen 6, 7 wieder.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, werden die Ausgangsklemmen a₁, a₂, b₁ und b₂ der Antriebsschaltungen 6 und 7 in Übereinstimmung mit den digitalen Daten der Zählerschaltung 2 gewählt. Da jeder der durch die Spulen fließenden Ströme i₁ und i₂ dem Verlauf sin R und cos R entspricht, verändert sich die Richtung des resultierenden Magnetfeldvektors entsprechend der erfaßten Variablen. Infolgedessen wird der Magnetrotor Mg in Richtung des resultierenden Magnetfeldes gedreht.

Die sin R-Funktionsgeneratorschaltung 3 kann durch einen ROM gebildet werden. Jedes der dem Winkel R der sin R-Daten entsprechenden digitalen Daten wurde zuvor im ROM gespeichert, wie aus der folgenden Tabelle 2 hervorgeht.

Tabelle 2

Gemäß der vorstehenden Tabelle wird der mit Bit "0" entsprechende Winkel R auf 0° eingestellt, während die Änderungsrate des Bit (in dieser Tabelle die "1") dem Winkel 1° entspricht, zu dem sich die sin R-Daten im ROM befinden. Weiter wurden die sin R-Daten in Tabelle 2 im Bereich von 0°R90° gespeichert. Die sin R-Daten in den Bereichen 90°R180°, 180°R270° und 270°R360° entsprechen jeweils den sin R-Daten im Bereich 0°R90°.

Es ist aber möglich, die sin R-Daten im Bereich zwischen 0°R360° zu speichern, wie aus Tabelle 3 hervorgeht.

Tabelle 3

Im Falle der Tabelle 3 kann die Richtungseinstellschaltung 8 fortgelassen werden, weil die Stromflußrichtung durch Benutzung der Ausgangsklemmen a₁ bis b₂ der Antriebsschaltungen 6, 7, basierend auf den sin R (cos R)-Daten eingestellt werden kann. Die cos R-Daten können aus den sin R-Daten durch Verschieben der Phase von sin R erzeugt werden; doch können die cos R-Daten auch im ROM gespeichert werden.

Jeder der Impulsströme mit auf die erfaßte Variable reagierenden Nutzarbeitsverhältnissen kann durch den sin R-Nutzarbeitsimpulsgenerator 4 und den cos R-Nutzarbeitsimpulsgenerator 5 in Übereinstimmung mit den aus dem ROM ausgelesenen sin R-Daten und den cos R-Daten erzeugt werden.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des Kreuzspul-Anzeigegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gerät weist einen Erfassungskreis 60 zur Erfassung der Höhe der vom Frequenz-/Spannungswandler (F/V-Wandler) 20 erzeugten Gleichspannung, sowie eine Stromsteuerschaltung 70 auf, welche auf ein Ausgangssignal des Erfassungskreises 60 zur Steuerung der Amplitude der von der Ausgabeschaltung 50 gelieferten Stromimpulse reagiert.

In Fig. 8 entsprechen gleiche Bezugszeichen den in Fig. 4 dargestellten gleichen Schaltungskomponenten. So bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Sensor zur Erfassung einer Variablen, wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Rotordrehzahl, sowie zur Erzeugung eines Impulssignals, deren Frequenz der erfaßten Variablen entspricht. Weiter kennzeichnen die Bezugszeichen: 30 - eine Nutzarbeitsberechnungsschaltung, 40 - eine Nutzarbeitsimpulserzeugungsschaltung, L₁ und L₂ - Kreuzspulen und Mg - einen Magnetrotor.

In Betrieb wird vom Sensor 10 in Übereinstimmung mit der erfaßten Variablen ein Impulssignal erzeugt und an den F/V-Wandler 20 geliefert. Das Impulssignal wird durch den F/V-Konverter 20 in eine Gleichspannung umgewandelt, wobei die Ausgabe des Wandlers einerseits an die Erfassungsschaltung 60, und andererseits an die Nutzarbeitsberechungsschaltung 30 geliefert wird. Die Erfassungsschaltung 60 stellt fest, ob die als Antwort auf die erfaßte Variable auftretenden Drehwinkel des Zeigers in einen vorbestimmten Winkelbereich fallen, beispielsweise zwischen 0° und 10°, innerhalb dessen der Zeiger A des Gerätes die Möglichkeit hat, mit dem Anschlagstift P in Berührung zu kommen, wie das in einem unteren Winkelbereich des Zeigers möglich ist, wenn die Antriebsströme anfänglich an die Kreuzspulen L₁ und L₂ gelangen.

Wenn das Ausgangssignal des F/V-Wandlers 20 nicht in den vorbestimmten Winkelbereich fällt, d. h. in den Winkel R₁, werden Impulsströme mit Nutzarbeitsverhältnissen, welche durch die Nutzarbeitsberechnungsschaltung 30 berechnet wurden, von der Nutzarbeitsimpulserzeugungsschaltung 40 erzeugt, und die Ausgabe des Erfassungskreises 60 löst den Betrieb der Stromsteuerschaltung 70 aus. Als Ergebnis wird der von der Ausgabeschaltung 50 erzeugte und an die Spulen L₁ und L₂ anzulegende Strom verringert.

Fig. 9 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Drehwinkel R des Zeigers und dem Zeigerdrehmoment. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, wird die Amplitude der an die Spulen L₁ und L₂ zu liefernden Ströme verringert, wenn der Drehwinkel O des Zeigers A in den Bereich des Winkels R₁ fällt, innerhalb dessen der Zeiger mit dem Anschlagstift P in Berührung kommen kann. Als Ergebnis wird das Drehmoment des Zeigers A so verkleinert, daß die mechanische Kraft des Zeigers A, die den Zeiger A mit dem Anschlagstift P in Berührung bringen soll, ebenfalls geschwächt wird, so daß das Entstehen von Störgeräuschen verhindert wird. Da die Niedriganzeigezone in der Nähe der Nullanzeige im allgemeinen eine geringe Genauigkeit besitzt, verursacht die Abnahme des Drehmomentes kein Problem.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform des Kreuzspul-Anzeigegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden eine CPU (Zentraleinheit), ein RAM und ein ROM anstelle des F/V-Konverters 20, der Nutzarbeitsberechnungsschaltung 30 und der Erfassungsschaltung 60 der Fig. 7 verwendet. Entsprechend wird vom Sensor 10 das Impulssignal direkt an den Mikroprozessor 80 angelegt.

Fig. 11 veranschaulicht ein Flußdiagramm eines in der CPU des Mikroprozessors 80 durchzuführenden Steuerablaufes.

Der Betrieb der CPU des Mikroprozessors 80 sei nunmehr unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 11 beschrieben.

In Schritt S₁ wird die Frequenz des Impulssignals des Sensors 10 berechnet, und das Programm geht nach Schritt S₂ über, in welchem der Drehwinkel R in Übereinstimmung mit der Frequenz berechnet wird. Dann geht das Programm nach Schritt S₃, in welchem die Nutzarbeitsverhältnisse der Impulsströme in Übereinstimmung mit den Werten von sin R und cos R des Drehwinkels R berechnet werden, wonach das Programm nach Schritt S₄ übergeht.

In Schritt S₄ wird eine Entscheidung darüber gefällt, ob die so berechneten Nutzarbeitsverhältnisse innerhalb eines vorherbestimmten Winkelbereiches R₁ liegen. Falls die Antwort JA lautet, d. h., wenn die Nutzarbeitsverhältnisse oberhalb des Winkelbereiches R liegen, geht das Programm nach Schritt S₅ über, in welchem die Nutzarbeitsimpulse von der Nutzarbeitsimpulserzeugungsschaltung 30 erzeugt und an die Ausgabeschaltung 50 geliefert werden.

Andererseits geht das Programm, wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S₄ NEIN lautet, d. h., wenn die Nutzarbeitsverhältnisse innerhalb des Winkelbereiches R₁ liegen, nach Schritt S₆ über, in welchem die Stromsteuerschaltung 70 durch ein Ausgangssignal des Erfassungskreises 60 aktiviert wird und die Amplitude jedes von der Ausgabeschaltung 50 zu liefernden Impulsstromes verringert wird. Demgemäß wird das Drehmoment des Zeigers A ebenfalls verringert. Es sei bemerkt, daß in diesem Falle die Vorspannkraft der Spiralfeder C des Zeigers A (vgl. Fig. 1) in Rechnung zu stellen ist, wenn die Nutzarbeitsverhältnisse entsprechend dem Drehwinkel des Zeigers A berechnet werden.

Fig. 12 veranschaulicht einen detaillierten Aufbau der in den Fig. 8 bzw. 10 dargestellten Ausgabeschaltung 50 bzw. Stromsteuerschaltung 70 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Aufbau der Ausgabeschaltung 50 ist der gleiche wie der in Fig. 6 dargestellte. Deshalb ist eine detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise der Ausgabeschaltung 50 nicht erforderlich.

In Fig. 12 weist die Stromsteuerschaltung 70 einen Transistor Q₁ und einen Widerstand R₁ auf, die parallel zwischen die Versorgungsquelle +Vcc und den Eingang der Ausgabeschaltung 30 geschaltet sind, wobei die Basis des Transistors Q₁ an den Ausgang der Erfassungsschaltung 60 in Fig. 8 oder an den Ausgang des Mikroprozessors 80 in Fig. 10 angeschlossen ist, mit beiden Transistoren am Widerstand R₁.

In Betrieb wird das Ausgangssignal entweder des Erfassungskreises 60 oder des Mikroprozessors 80 an die Basis des Transistors Q₁ gelegt, wenn der Drehwinkel des Zeigers A größer als der vorausbestimmte Winkel R₁ ist. Dann wird der Transistor Q₁ leitend gemacht und die Versorgungsquelle +Vcc wird direkt an den Ausgabekreis 50 geschaltet. Dementsprechend ist der Schaltungsaufbau in diesem Falle dem in Fig. 6 dargestellten Aufbau äquivalent, und die mit Nutzarbeitsverhältnissen entsprechend dem Drehwinkel des Zeigers A behafteten Impulsströme fließen durch die Spulen L₁ und L₂.

Andererseits wird das Ausgangssignal entweder des Erfassungskreises 60 oder des Mikroprozessors 80 nicht an die Basis des Transistors Q₁ gelegt, wenn der Drehwinkel des Zeigers A innerhalb des vorherbestimmten Winkels R₁ liegt. Entsprechend wird der Transistor Q₁ nicht leitend gemacht, so daß der Widerstand R₁ zwischen die Versorgungsquelle +Vcc und den Eingang der Ausgangsschaltung 50 gelangt. Infolgedessen wird die Amplitude der an die Spulen L₁ und L₂ zu liefernden Impulsströme i₁ und i₂ verringert, im Vergleich zum früheren Fall, bei dem der Widerstand R₁ kurzgeschlossen oder durch den Transistor Q₁ überbrückt wird, so daß das Drehmoment des Zeigers A verringert und die Entstehung von Störgeräuschen vermieden wird.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kreuzspul-Anzeigegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden die Nutzarbeitsverhältnisse der an die Spulen L₁ und L₂ zu liefernden Impulsströme verringert, wenn der Drehwinkel des Anzeigers A in den vorherbestimmten Bereich des Winkels R fällt.

Gemäß Fig. 13 weist das Kreuzspul-Anzeigegerät eine Erfassungsschaltung 60 und eine Kompensationsschaltung 70 auf. Die übrigen Schaltungskomponenten wie der Sensor 10, der F/V-Wandler 20, die Nutzarbeitsberechnungsschaltung 30, der Nutzarbeitsimpulserzeugungskreis 40 und der Ausgabekreis 50 entsprechen denjenigen der Fig. 8 und tragen die gleichen Bezugszeichen.

Der Eingang der Erfassungsschaltung 60 ist an den Ausgang des F/V-Wandlers 20 angeschlossen, während der Ausgang der Erfassungsschaltung 60 mit dem Eingang der Kompensationsschaltung 70 verbunden ist, so daß die Nutzarbeitsverhältnisse der an die Spulen L₁ und L₂ in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal der Erfassungsschaltung 60 zu liefernden Impulsströme kompensiert werden.

In Betrieb nimmt die Erfassungsschaltung 60 das Ausgangssignal des F/V-Wandlers 20 auf, d. h., eine Gleichspannung als Antwort auf eine gemessene Variable, und sie stellt fest, ob der Drehwinkel des Zeigers A innerhalb des vorherbestimmten Bereiches des Winkels R liegt, in welchem der Zeiger A die Möglichkeit hat, mit dem Anschlagstift B in Berührung zu kommen (vgl. Fig. 1).

Wenn der Drehwinkel oberhalb des vorherbestimmten Bereiches des Winkels R₁ liegt, wird vom Erfassungskreis 60 kein Ausgangssignal erzeugt, und ebenso findet durch die Kompensationsschaltung 70 keine Kompensation der Nutzarbeitsverhältnisse der an die Spulen L₁ und L₂ zu liefernden Impulsströme statt. Die von der Nutzarbeitsberechnungsschaltung 30 berechneten Nutzarbeitsverhältnisse werden nämlich direkt an die Nutzarbeitsimpulserzeugungsschaltung 40 ohne Kompensation geliefert, und die von der Schaltung 40 mit Nutzarbeitsverhältnissen ohne Kompensation erzeugten Impulsströme werden durch die Ausgabeschaltung 50 an die Spulen L₁ und L₂ geliefert.

Andererseits wird, wenn der Drehwinkel des Zeigers A innerhalb des vorherbestimmten Bereiches des Winkels R₁ liegt, von der Erfassungsschaltung 60 ein Ausgangssignal erzeugt und an die Kompensationsschaltung 70 geliefert. Die von der Nutzarbeitsberechnungsschaltung 30 berechneten Nutzarbeitsverhältnisse werden mit einem vorherbestimmten Koeffizienten β (0<β<1) multipliziert, und die so multiplizierten, geänderten Nutzarbeitsverhältnisse werden an die Nutzarbeitsimpulserzeugungsschaltung 40 angelegt. Als Ergebnis werden von der Schaltung 40 die mit den geänderten Nutzarbeitsverhältnissen behafteten Impulsströme erzeugt und durch die Ausgabeschaltung 50 an die Spulen L₁ und L₂ geliefert. Dies bedeutet, daß das Drehmoment des Zeigers A verringert und die Erzeugung von Störgeräuschen verhindert wird, weil die Kraft, welche den Zeiger A mit dem Anschlagstift P in Berührung bringen will, durch das verringerte Drehmoment geschwächt ist.

In diesem Falle fällt, da der gleiche Koeffizient β mit den Nutzarbeitsverhältnissen der an die Spulen L₁ und L₂ zu liefernden Impulsströme multipliziert wird, die Richtung des resultierenden magnetischen Feldes der Spulen L₁ und L₂ mit der Richtung der resultierenden Magnetfelder ohne Kompensation zusammen, so daß zwischen den beiden Fällen kein Anzeigefehler auftritt.

Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen dem Drehwinkel O des Zeigers A und den Nutzarbeitsverhältnissen der an die Spulen L₁ und L₂ ohne Kompensation zu liefernden Impulsströme, während Fig. 16 die kompensierten oder modifizierten Nutzarbeitsverhältnisse der Impulsströme wiedergibt.

In Fig. 14 ist eine weitere Ausführungsform des Kreuzspul-Anzeigegerätes gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Mikroprozessor 80 mit einer CPU, ein RAM und ein ROM anstelle des F/V-Wandlers 20, der Erfassungsschaltung 60, der Nutzarbeitsberechnungsschaltung und der Kompensationsschaltung 70 gemäß Fig. 13 verwendet. In Fig. 14 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen der Fig. 13 die gleichen Schaltungskomponenten.

Die Betriebsweise des in Fig. 14 dargestellten Gerätes sei nun unter Bezugnahme auf das Steuer-Flußdiagramm gemäß Fig. 17 beschrieben.

In Schritt S₁ wird die Frequenz des vom Sensor 10 gelieferten Impulssignals berechnet und das Programm geht nach Schritt S₂ über, in welchem der Drehwinkel R in Übereinstimmung mit der so berechneten Frequenz ermittelt wird.

Dann werden die Nutzarbeitsverhältnisse in Übereinstimmung mit den Werten von sin R und cos R des Drehwinkels R in Schritt S₃ berechnet, und das Programm geht nach Schritt S₄ über, wo eine Entscheidung darüber gefällt wird, ob die so berechneten Nutzarbeitsverhältnisse oberhalb eines vorherbestimmten Winkels R₁ liegen. Wenn das Ergebnis der Entscheidung JA ist, d. h., wenn der Drehwinkel R größer als der vorherbestimmte Winkel R₁ ist, geht das Programm nach Schritt S₅ über, wo Nutzarbeitsimpulse mit nicht kompensierten Nutzarbeitsverhältnissen durch die Nutzarbeitsimpulserzeugungsschaltung 30 erzeugt und dann durch die Ausgabeschaltung 50 an die Spulen L₁ und L₂ geliefert werden.

Andererseits geht das Programm, wenn das Entscheidungsergebnis in Schritt S₄ NEIN lautet, d. h., wenn der Drehwinkel R des Zeigers A in den vorausbestimmten Bereich des Winkels R₁ fällt, nach Schritt S6 über, in welchem die so berechneten Nutzarbeitsverhältnisse mit dem Koeffizienten β multipliziert werden, während in Schritt S5 Impulsströme mit modifizierten oder kompensierten Nutzarbeitsverhältnissen durch die Nutzarbeitsimpulserzeugungsschaltung 30 erzeugt und dann durch die Ausgabeschaltung 50 an die Spulen L₁ und L₂ geliefert werden.

Es sei jedoch bemerkt, daß in diesem Falle die Vorspannkraft der Spiralfeder C des Zeigers A (vgl. Fig. 1) bei der Berechnung der Nutzarbeitsverhältnisse berücksichtigt werden muß.

Wie bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele gezeigt wurde, wird bei dem Kreuzspul-Anzeigegerät gemäß der vorliegenden Erfindung eine Entscheidung darüber getroffen, ob der Drehwinkel des Zeigers innerhalb eines vorherbestimmten Bereiches des Winkels R₁ liegt; und wenn der Drehwinkel des Zeigers größer als der vorherbestimmte Winkel R₁ ist, werden Impulsströme mit unkompensierten Nutzarbeitsverhältnissen erzeugt und an die Spulen L₁ und L₂ geliefert.

Andererseits werden, wenn die Drehwinkel des Zeigers innerhalb des vorausbestimmten Bereiches des Winkels R₁ liegen, Impulsströme mit kompensierten oder modifizierten Nutzarbeitsverhältnissen erzeugt und an die Kreuzspulen L₁ und L₂ geliefert, wodurch das Drehmoment des Zeigers verringert wird. Im Ergebnis wird das durch die Anschläge zwischen dem Zeiger A und dem Anschlagstift P verursachte Störgeräusch verringert.

Bei dem in den Fig. 8, 9, 13 und 14 dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Berechnungen der Nutzarbeitsverhältnisse entweder in der Nutzarbeitsberechnungsschaltung 30 oder dem Mikroprozessor 80 durchgeführt. Es versteht sich für Fachleute von selbst, daß digitale, den Winkeln R entsprechende Daten und mindestens die sin R-Werte in einem ROM der Nutzarbeitsberechnungsschaltung 30 oder im ROM des Mikroprozessors 80 gespeichert werden können, und daß jegliche digitale, dem Drehwinkel des Zeigers A und seinen sin R-Werten entsprechenden Daten aus dem ROM ausgelesen werden können. Die dem cos R-Wert entsprechenden Daten können ebenfalls aus den sin R-Daten durch Zugriff zu jedem Speicherplatz (R+90°) des ROM gewonnen werden, also ohne Speichern von cos R-Daten, ähnlich dem in Fig. 7 dargestellten Fall.

Es sei weiter bemerkt, daß die Antriebsschaltung zum Antreiben der Kreuzspulen gemäß Fig. 7 auch bei anderen Kreuzspul-Anzeigegeräten als den in den Fig. 8, 9, 13 und 14 dargestellten angewendet werden kann.

Claims (5)

1. Kreuzspul-Anzeigevorrichtung mit

• - einem Paar von Kreuzspulen (L1, L2), die zueinander rechtwinklig angeordnet sind;
• - einem drehbar in den Spulen (L1, L2) angeordneten Magnetrotor (Mg) mit einem Zeiger (A), wobei der Magnetrotor (Mg) von einem resultierenden Magnetfeld drehbar ist, welches von in den Spulen (L1, L2) fließenden, einer ermittelten Variablen entsprechenden Impulsströmen erzeugt wird, wodurch die ermittelte Variable durch einen Drehwinkel (R) des Zeigers (A) angezeigt wird;
• - Einrichtungen (3; 30) zum Erzeugen von trigonometrischen Daten entsprechend dem anzuzeigenden Drehwinkel (R) des Magnetrotors (Mg) auf die ermittelte Variable hin;
• - Einrichtungen (4, 5; 40) zum Erzeugen von Impulsströmen mit Tastverhältnissen, die von den trigonometrischen Daten abhängen, die von den Einrichtungen (3, 30) ausgegeben werden; und
• - Ausgabeschaltkreiseinrichtungen (6, 7; 50) zum Treiben der Kreuzspulen (L1, L2) durch Fließenlassen der jeweiligen Impulströme von den Einrichtungen (4, 5; 40) durch die jeweiligen Spulen (L1, L2);

gekennzeichnet durch

• - einen Stift (P) zum Beschränken der Drehbewegung des Zeigers (A) an einer vorbestimmten Nullanzeige- Position;
• - eine Einrichtung (60; 80) zum Erfassen, ob der Drehwinkel (R) des Zeigers (A) in einem vorbestimmten Winkelbereich (R₁) liegt, in dem der Zeiger (A) mit dem Stift (P) in Kontakt kommen kann, und Ausgaben eines entsprechenden Erfassungssignals; und
• - eine Einrichtung (70; 80), die das Erfassungssignal empfängt, um mit dessen Hilfe Kontaktgeräusche des Zeigers (A) und des Stiftes (P) aufgrund von Vibrationen des Zeigers (A) in dem vorbestimmten Winkelbereich (R₁) durch Reduzieren des Drehmoments des Zeigers (A), welches durch die Impulsströme erzeugt wird, zu unterdrücken.

2. Kreuzspul-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (70; 80) eine Stromsteuereinrichtung (70) umfaßt, welche das Erfassungssignal empfängt, um abhängig davon die Amplituden der jeweiligen Impulsströme durch Steuern der Ausgangsschaltkreiseinrichtungen (6, 7; 50) zu reduzieren, wenn der Drehwinkel (R) des Zeigers (A) in dem vorbestimmten Winkelbereich (R₁) liegt.

3. Kreuzspul-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (70; 80) eine Kompensationseinrichtung (70; 80) umfaßt, welche das Erfassungssignal empfängt, um abhängig davon die Tastverhältnisse der Impulsströme von den Einrichtungen (4, 5; 40) zu kompensieren, wenn der Drehwinkel (R) des Zeigers (A) in dem vorbestimmten Winkelbereich (R₁) liegt.

4. Kreuzspul-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (60) und/oder die Einrichtung (70) durch einen Mikroprozessor (80) gebildet ist.