DE4008363C2 - Meßwerk für ein Instrument - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Meßwerk für ein Instrument nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie betrifft insbesondere fahrzeuginterne Instrumente wie etwa einen Drehzahlmesser, ein Tachometer, ein Wasserthermometer oder eine Kraftstoffuhr, in denen die Winkelstellung eines Rotors mittels eines elektrischen Stroms, der in Abhängigkeit von einer zu messenden Größe durch ein Paar von Spulen fließt, eingestellt wird, so daß der am Rotor befestigte Zeiger den Betrag der zu messenden Größe anzeigt.

In den Fig. 22 und 23 wird ein solches herkömmliches Meßwerk für fahrzeuginterne Instrumente erläutert.

Dieser Meßwerktyp wird als Kreuzspulentyp bezeichnet, in dem die Kreuzspule aus einer ersten Spule L1 und aus ei­ ner zweiten Spule L2 gebildet ist, wobei die Spulen in einer Mehrlagenwicklung so um einen Wickelkern B ge­ wickelt sind, daß die beiden Spulen senkrecht zueinander orientiert sind. In einem Raum S innerhalb des Wickel­ kerns B, in dem mittels der Spulen L1 und L2 ein Magnet­ feld erzeugt wird, ist ein Rotor Mg in Form eines Perma­ nentmagneten angeordnet. Der Rotor Mg ist um eine Welle R drehbar. Der Wickelkern B ist an seinem unteren Ende mit Anschlußklemmen T versehen, um den Wickelkern B auf einer Leiterplatte zu befestigen. Wie in den Fig. 24 und 25 gezeigt, wirkt ein an der Drehwelle R angebrachter Zeiger A mit einer Skalenscheibe P zusammen, wodurch ein Instrument gebildet wird.

Wenn, an die erste Spule L1 eine Spannung Vo cos R, wie in Fig. 26 gezeigt und an die zweite Spule L2 eine Span­ nung Vo sin R, wie in Fig. 26 gezeigt, angelegt wird, erzeugen die durch die jeweiligen Spulen fließenden Ströme ein Magnetfeld. Wie in Fig. 27 gezeigt, sind die von den Spulen L1 und L2 erzeugten Magnetfelder H1 bzw. H2 senkrecht zueinander orientiert und ergeben ein re­ sultierendes Magnetfeld H. Die Richtung des resultieren­ den Magnetfeldes entspricht dem Winkel R, da die Beträge der entsprechenden Felder H1 und H2 proportional zu Vo cos R bzw. Vo sin R sind. Wenn daher die zu messende Größe durch einen Winkel gegeben ist, stellt die Winkel­ position des resultierenden Feldes H direkt eine Anzeige der zu messenden Größe dar. Die Richtung des resultie­ renden Feldes H wird mittels eines Zeigers A angezeigt, der an der Welle R des vom Magnetfeld H in Winkelrich­ tung angetriebenen Rotors Mg befestigt ist.

Die Kreuzspule L des herkömmlichen Instrumentenmeßwerks ist aus einem Paar von Spulen L1 und L2 aufgebaut, die übereinander gewickelt sind. Dieser Aufbau macht einen Wickelkern B erforderlich, an dem die Spulen L1 und L2 vorgesehen sind, was zur Folge hat, daß das Gesamtmeß­ werk voluminös wird, so daß das Problem entsteht, daß die Gesamtgröße des Meßwerks nicht schmal genug ist. Da die fahrzeuginternen Instrumente im allgemeinen in einem ziemlich beschränkten Raum wie etwa dem Armaturenbrett vor dem Fahrer angeordnet sind, ist die dicke und sper­ rige Konstruktion der herkömmlichen Meßwerke nicht wirk­ lich platzsparend.

Ein Meßwerk für ein Instrument gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist mit der DE 21 22 472 B2 bekannt geworden. Diese Druckschrift zeigt ein Weitwinkel-Anzeigegereät zur Anzeige von Signalspannungen, bei welchem ein Signalgenerator vorgesehen ist, der einen ersten und einen zweiten Strom liefert, die sinus- bzw. kosinusförmig sind und die Spulen des Meßgerätes durchfließen. Es ist eine drehbare Welle vorgesehen, an der ein dünner Permanentmagnet befestigt ist. Die Welle ist innerhalb der stromdurchflossenen Spule angeordnet und mit einem Zeiger verbunden.

Die DE 30 03 151 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Betrieb eines Weitwinkel-Anzeigegerätes, bei welchem eine erste und eine zweite senkrecht zueinander angeordnete Spule vorgesehen ist. Es wird ein Funktionsgenerator verwendet, sowie eine Treiberschaltung, welche, gesteuert durch das Ausgangssignal des Funktionsgenerators, einen Treiberstrom erzeugt, der wahlweise an die erste bzw. zweite Spule angelegt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Meßwerk der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß möglichst geringe, und zwar insbesondere möglichst schmale Abmessungen erzielt werden.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in bezug auf die Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht einer ersten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Meßwerks;

Fig. 2A einen vertikalen Querschnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1;

Fig. 2B einen vertikalen Querschnitt einer abge­ wandelten ersten Ausführungsform, in der gegenüber der in Fig. 2A gezeigten Aus­ führungsform die Positionen einer magneti­ schen Leiterplatte 13 und eines Rotors 11 verschieden sind;

Fig. 3 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform;

Fig. 4 den Verlauf der Magnetfeldlinien in der ersten Ausführungsform, wie er sich durch eine magnetische Leiterplatte 13 für den magnetischen Fluß des Permanentmagneten 11b ergibt;

Fig. 5A-5C Darstellungen, in denen erläutert wird, wie der Rotor auf seine 0°-Position einge­ stellt wird;

Fig. 6A-6D Darstellungen, in denen erläutert wird, wie der Rotor auf seine 45°-Position ein­ gestellt wird;

Fig. 7A-7D Darstellungen, in denen erläutert wird, wie der Rotor auf seine 90°-Position ein­ gestellt wird;

Fig. 8-12 Darstellungen, der wichtigsten diskreten Winkel von 135°, 180°, 225°, 270°und 315° in die der Rotor eingestellt wird;

Fig. 13 die Draufsicht einer zweiten Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Meßwerks;

Fig. 14 einen vertikalen Querschnitt entlang der Linie X-X′ von Fig. 13;

Fig. 15 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung der zweiten Ausführungsform;

Fig. 16 den Verlauf der Magnetfeldlinie in der zweiten Ausführungsform, wie er sich durch eine magnetische Leiterplatte 13 für den magnetischen Fluß des Permanentmagneten 11b ergibt;

Fig. 17A, 17B einen an zwei Polen N und S derart magne­ tisierten Permanentmagneten, daß sich die Intensität des Magnetfelds eines jeden Pols entlang der Umfangslinie des Magneten sinusförmig ändert;

Fig. 18 die Darstellung eines Stroms I cos R und eines Stroms I sin R;

Fig. 19 eine Darstellung von Flemings Linker-Hand- Regel;

Fig. 20A-20E Erläuterungen der Richtung des Stroms, der durch eine von zwei Hälften des entspre­ chenden Paars von Spulen der zweiten Aus­ führungsform fließt;

Fig. 21 einen vertikalen Querschnitt einer abge­ wandelten zweiten Ausführungsform, in der die Positionen der magnetischen Platte 13 und eines Rotors 11 gegenüber der in Fig. 14 gezeigten zweiten Ausführungsform ver­ schieden sind;

Fig. 22, 23 Darstellungen eines herkömmlichen Meßwerks für fahrzeuginterne Instrumente;

Fig. 24, 25 Darstellungen eines an der Drehwelle R des in den Fig. 22 und 23 gezeigten herkömmli­ chen Meßwerks befestigten Zeigers A;

Fig. 26 Darstellungen der an die in Fig. 22 ge­ zeigte zweite Spule L2 angelegten Spannung Vo cos R und der an die in Fig. 22 gezeig­ te erste Spule L1 angelegten Spannung Vo sin R; und

Fig. 27 eine Darstellung der von den in Fig. 22 gezeigten Spulen L1 und L2 erzeugten Ma­ gnetfelder H1 bzw. H2 und des resultieren­ den Magnetfeldes H.

Erste Ausführungsform:

Nun wird die erste Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Fig. 1 bis 3 erläu­ tern eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Instrumentenmeßwerks. Fig. 1 ist eine Draufsicht des Meßwerks; Fig. 2A ist ein vertikaler Querschnitt; und Fig; 3 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine gedruckte Leiterplatte 13 mit einem Loch 13a ausgebildet, durch das sich eine drehbare Welle 11c mit Spiel erstreckt. Eine erste Grup­ pe von Leitern L1 ist mittels einer Klebeverbindung mit der Platte 13 verbunden und weist zwei parallele Leiter L1a und L1b auf, die so angeordnet sind, daß sich zwi­ schen ihnen das Loch 13a befindet. Jeder der zwei Leiter L1a und L1b erstreckt sich jeweils in einer ersten Rich­ tung, die im wesentlichen das Loch 13a tangiert. Eine zweite Gruppe von Leitern L2 ist ebenfalls mittels der Klebeverbindung an der Platte 13 befestigt und weist zwei parallele Leiter L2a und L2b auf, die so angeordnet sind, daß sich das Loch 13a zwischen ihnen befindet. Die Anzahl der Leiter der jeweiligen Spulenpaare ist nicht auf zwei begrenzt. Jeder der zwei Leiter L2a und L2b er­ streckt sich jeweils in einer zweiten Richtung, die im wesentlichen das Loch 13a tangiert. Die Richtung der Leiter der zweiten Gruppe von Leitern L2 ist senkrecht zur Richtung der Leiter der ersten Gruppe von Leitern L1 orientiert.

Ein Rotor 11 ist aus einem zweipoligen Permanentmagneten 11b, einem Rückschluß 11a und einer Drehwelle 11c gebil­ det. Der Permanentmagnet 11b ist an einer seiner Ober­ flächen am Rückschluß 11a befestigt. Die drehbare Welle 11c erstreckt sich durch den Rückschluß 11a und das Mit­ telloch im Magneten 11b und ist am Rückschluß mit einer Nabe 12 befestigt.

Der scheibenförmige Rotor 11 ist parallel zu der ersten und der zweiten Gruppe von Leitern angeordnet. Jedes En­ de der Leiter L1a und L1b ist mit einer auf der Platte 13 befindlichen gedruckten Schaltung verlötet, die wie­ derum mit einem später beschriebenen Oszillator G1 ver­ bunden ist. Jedes Ende der Leiter L2a und L2b ist eben­ falls mit einer auf der Leiterplatte 13 befindlichen ge­ druckten Schaltung verlötet, die wiederum mit einem spä­ ter beschriebenen Oszillator G2 verbunden ist.

Die Leiter L1a, L1b, L2a und L2b haben jeweils die Form eines geradlinigen Leiters, der sich in der Diametral­ ebene unterhalb des scheibenförmigen Magneten erstreckt. In das Loch 13a ist eine Buchse 14 eingesetzt und an der Platte 13 befestigt. Die drehbare Welle 11c erstreckt sich beweglich durch die Buchse 14 und ist mittels eines in die Buchse 14 eingepaßten Lagers 14a drehbar gela­ gert. Somit sind der Permanentmagnet 11b des Rotors 11 einerseits und die Spulen L1 und L2 andererseits einan­ der gegenüberliegend so angeordnet, daß sich zwischen ihnen ein enger Luftspalt befindet. Der in Fig. 17B ge­ zeigte Permanentmagnet 11b wird, wie in Fig. 17A ge­ zeigt, zwischen zwei Polen N und S so magnetisiert, daß sich die Intensität des Magnetfeldes eines jeden Pols entlang der Umfangslinie des Magneten 11b sinusförmig ändert. Die Platte 13 ist vorzugsweise aus einem magne­ tischen Material hergestellt, dessen Oberfläche von ei­ nem Isolierfilm überzogen ist, auf dem wiederum die den Spulen zugeordneten gedruckten Schaltungen aufgebaut sind. Das magnetische Material der Platte 13 schafft ei­ nen Verlauf der Magnetfeldlinien, derart, daß der vom Permanentmagneten 11b emittierte magnetische Fluß die Spulen L1 und L2 schneidet, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Platte 13 kann auch dadurch hergestellt werden, daß eine herkömmliche nichtmetallische gedruckte Leiterplatte mit einem aus einem magnetischen Material bestehenden Blech zusammengefügt wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die ge­ radlinigen Leiter L1a, L1b, L2a und L2b im wesentlichen gleich lang wie oder länger als der Durchmesser des Per­ manentmagneten 11b.

Die Leiter L1 sind mit einem Oszillator G1 verbunden, der ein die Kosinusfunktion einer zu messenden Größe darstellendes Signal erzeugt, und die Leiter L2 sind mit einem Oszillator G2 verbunden, der ein die Sinusfunktion der zu messenden Größe darstellendes Signal erzeugt.

Unter der Annahme, daß R der Betrag einer zu messenden Größe ist, ergibt sich aus Flemings Linker-Hand-Regel dann, wenn vom Oszillator G1 an die Spule L1 ein Strom I cos R, wie in Fig. 18 gezeigt, und vom Oszillator G2 an die Spule L2 ein Strom I sin R, wie in Fig. 18 gezeigt, geliefert wird, eine abstoßende Kraft zwischen den Lei­ tern und dem Rotor, wie in Fig. 19 gezeigt, wodurch eine Drehung des Rotors 11 bewirkt wird. Wenn durch den Lei­ ter L1 der Strom I cos R fließt, ist nach Flemings Linker-Hand-Regel das auf den Rotor 11 wirkende Dreh­ moment T1 durch

T1 = n1 × ((B1 sin R) (I cos R) × l1) × r1

gegeben, wobei n1 die Anzahl der Leiter, B1 ein Spitzen­ wert der magnetischen Flußdichte, I ein Spitzenwert des Stroms, R die Winkelposition eines Zeigers, I cos R der durch jeden Leiter fließende Strom für den Winkel R, l1 die effektive Länge der Leiter und r1 der effektive Ra­ dius des Rotors ist.

Wenn durch die Leiter L2 ein Strom I sin R fließt, ist das auf die Spule L2 wirkende Drehmoment T2 durch

T2 = - n2 × ((B2 cos R) (I sin R) × 12) × r2

gegeben. Durch das aus T1 und T2 resultierende Drehmo­ ment wird der Rotor 11 in eine bestimmte Winkelposition gedreht. Daher wird der Rotor 11 in dieser Winkelposi­ tion gehalten.

Die Winkelstellung des Zeigers A kann zwischen 0° und 360° in einer linearen Beziehung, wie in den Fig. 5 bis 12 gezeigt, eingestellt werden, indem die Richtung der durch die Leiter L1 und L2 fließenden Ströme geändert und der Betrag der Ströme kontinuierlich variiert wird. In den in den Fig. 5 bis 12 gezeigten Darstellungen wer­ den die Leiter L1 und L2 und der Permanentmagnet 11b in Richtung des Pfeils S in Fig. 3 betrachtet.

In Fig. 5C ist die Winkelstellung des Magneten 11b ge­ zeigt, wenn der Magnet 11b und damit der Zeiger A auf 0° steht. Wenn der Magnet 11b im Uhrzeigersinn leicht über die Nullstellung hinaus gedreht wird, wie in Fig. 5A ge­ zeigt, so erzeugt der Strom I cos R das Drehmoment T1, das den Magneten 11b in Richtung des Pfeils A zu drehen strebt. Wenn der Magnet 11b gegen den Uhrzeigersinn leicht über die Nullstellung hinaus gedreht wird, wie in Fig 5B gezeigt, erzeugt der Strom I cos R das Drehmoment T1, das den Magneten 11b in Richtung des Pfeils B zu drehen strebt. Daher wird der Magnet 11b und damit der Zeiger A so wie in Fig. 5C gezeigt positioniert.

In Fig. 6D ist die Winkelstellung des Magneten 11b ge­ zeigt, wenn die zwei Drehmomente T1 und T2 den gleichen Betrag und entgegengesetzte Richtung besitzen und der Magnet 11b und damit der Zeiger A in der 45°-Richtung orientiert ist. Wenn durch die Leiter L1 ein Strom I cos 45° und durch die Leiter L2 der Strom I sin 45° fließt, bewirkt der erstgenannte Strom eine Abnahme des Drehmoments T1 und der zweitgenannte Strom eine Zunahme des Drehmoments T2. Daher beginnt sich der Magnet 11b in Richtung B aus seiner 0°-Position in die 45°-Position zu drehen, wie in Fig. 6A gezeigt. In Fig. 6D ist der Be­ trag der Drehmomente in Richtung A gleich dem Betrag der Drehmomente in Richtung B. Wenn, wie in Fig. 6C gezeigt, der Magnet 11b im Uhrzeigersinn leicht über die 45°- Stellung hinaus gedreht wird, erzeugen die durch die Leiter L1 fließenden Ströme ein Drehmoment T1, das größer ist als das vom Strom durch die Leiter L2 erzeug­ te Drehmoment, so daß der Magnet 11b zu einer Drehung in Richtung A veranlaßt wird. Wenn sich, wie in Fig. 6B ge­ zeigt, der Magnet 11b etwas vor seiner 45°-Position be­ findet, erzeugen die durch die Leiter L2 fließenden Ströme ein Drehmoment T2, das größer ist als das von den Strömen durch die Leiter L1 erzeugte Drehmoment T1, so daß der Magnet 11b zu einer Drehung in Richtung B veran­ laßt wird. Daher wird der Magnet 11b und somit der Zei­ ger A so positioniert, wie in Fig. 6D gezeigt.

Durch Variieren der Beträge der Ströme durch die Leiter L1 und L2 kann der Magnet und damit der Zeiger A in Win­ kelstellungen zwischen 0° und 45° positioniert werden.

In Fig. 7D ist eine Winkelstellung des Magneten 11b ge­ zeigt, wenn der Magnet 11b und damit der Zeiger A in die 90°-Richtung zeigt. Wenn durch die Leiter L1 der Strom I cos 90° und durch die Leiter L2 der Strom I sin 90° fließt, bewirkt der erstgenannte Strom, daß das Drehmo­ ment T1 weiter auf Null abnimmt, während der zweitgenann­ te Strom bewirkt, daß das Drehmoment T2 weiter auf sei­ nen Maximalbetrag ansteigt; Daher beginnt sich der Ma­ gnet 11b aus seiner 45°-Position in Richtung B in die 90°-Position zu drehen, wie in Fig. 7A gezeigt ist. Wenn der Magnet 11b im Uhrzeigersinn leicht über die 90°-Po­ sition hinaus gedreht wird, wie in Fig. 7C gezeigt, er­ zeugt der durch die Leiter L2 fließende Strom ein Dreh­ moment T2 in Richtung A, so daß sich der Magnet 11b in Richtung A dreht. Wenn sich der Magnet 11b etwas vor seiner 90°-Position befindet, wie in Fig. 7B gezeigt, erzeugt der durch die Leiter L2 fließende Strom ein Drehmoment T2 in Richtung B, so daß sich der Magnet 11b in Richtung B dreht. Daher wird der Magnet 11b und somit der Zeiger A in der 90°-Position positioniert und gehal­ ten, wie in Fig. 7D gezeigt.

Genauso wird der Magnet 11b in den wichtigsten diskreten Winkeln von 135°, 180°, 225°, 270° bzw. 315° positio­ niert, wie in den Fig. 8 bis 12 gezeigt ist. Für die Winkel zwischen den jeweiligen diskreten Winkeln können die entsprechenden Ströme durch die Leiter L1 und L2 va­ riiert werden. Im Falle eines Stromausfalls dreht sich der Rotor mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Nullrück­ stellungsmechanismus, etwa ein kleiner Magnet und eine Rückstellfeder, in die 0°-Position zurück.

Zweite Ausführungsform:

Nun wird mit Bezug auf die Zeichnungen eine zweite Aus­ führungsform näher erläutert. In den Fig. 13 bis 15 wird eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meß­ werks erläutert. Fig. 13 ist die Draufsicht auf das Meß­ werk, Fig. 14 ist ein vertikaler Querschnitt und Fig. 15 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Darstel­ lung.

Wie in Fig. 15 gezeigt, ist in einer gedruckten Leiter­ platte 13 ein Loch 13a ausgebildet, durch das sich eine drehbare Welle 11c mit Spiel erstreckt. Ein erstes Paar von Spulen L1 ist mittels einer Klebeverbindung auf der Platte 13 befestigt und weist zwei einander gegenüber­ liegende Unterspulen L1a und L1b auf, zwischen denen sich das Loch 13a befindet. Jeder der beiden Unterspulen weist geradlinige Abschnitte auf, die sich in einer er­ sten Richtung erstrecken. Ein zweites Paar von Spulen L2 ist ebenfalls mittels Klebeverbindungen auf der Platte 13 befestigt und weist zwei einander gegenüberliegende Unterspulen L2a und L2b auf, zwischen denen sich das Loch 13a befindet. Jede der beiden Unterspulen besitzt geradlinige Abschnitte, die sich in einer zweiten Rich­ tung, die zur ersten Richtung senkrecht orientiert ist, erstrecken. Es ist wichtig, daß nur die geradlinigen Ab­ schnitte der Spulen L1 und L2 und nicht deren gekrümmte Abschnitte dem Magnetfeld des Magneten 11b ausgesetzt werden. Mit anderen Worten, die gekrümmten Abschnitte dienen lediglich als Strompfad für die durch die gerad­ linigen Abschnitte fließenden Ströme.

Ein Rotor 11 ist aus einem Permanentmagneten 11b, einem Rückschluß 11a und einer drehbaren Welle 11c gebildet. Der Permanentmagnet 11b ist an einer seiner Oberflächen am Rückschluß 11a befestigt und oberhalb der flachen Oberfläche des ersten und zweiten Paars von Spulen auf­ gehängt. Die Drehwelle 11c erstreckt sich durch den Rückschluß 11a und das Mittelloch des Magneten 11b und ist mit einer Nabe 12 am Rückschluß befestigt.

Der scheibenförmige Rotor 11 ist parallel zu denjenigen Ebenen, in denen das erste und das zweite Paar von Spu­ len angeordnet ist, orientiert. Jedes Ende der Drähte, die die Unterspulen L1a und L1b bilden, ist mit einer Schaltung auf der Platte 13 so verlötet, daß diese Spu­ len in Reihe geschaltet sind. Jedes Ende der die Unter­ spulen L2a und L2b bildenden Drähte ist ebenfalls mit der Schaltung auf der Platte 13 so verlötet, daß sie elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Die Unterspulen L1a, L1b, L2a und L2b haben die Form ei­ ner Toroidspule, die dadurch hergestellt wird, daß zu­ nächst ein Blatt aus Kupferfolie um einen Wickeldorn, der einen gekrümmten Querschnitt besitzt, bis zu einer geeigneten Dicke gewickelt wird und daß dann das aufge­ wickelte Blatt in Querrichtung in einzelne, dünne, im allgemeinen D-förmige Toroidspulen zerschnitten wird. Die Oberflächen der Toroidspule werden mit einem Film aus Isoliermaterial überzogen. Die Toroidspulen L1a und L1b werden so angeordnet, daß sich die geradlinigen Ab­ schnitte der D-Form einander gegenüberliegen und sich in einer ersten gemeinsamen Richtung erstrecken. Die To­ roidspulen L2a und L2b werden so angeordnet, daß sich die geradlinigen Abschnitte der D-Form einander gegen­ überliegen und sich in einer zweiten gemeinsamen Rich­ tung erstrecken, die senkrecht zu derjenigen Richtung orientiert ist, in der sich die geradlinigen Abschnitte der Toroidspulen L1a und L1b erstrecken. In das Loch 13a ist eine Buchse 14 eingesetzt und an der Platte 13 be­ festigt. Die drehbare Welle 11c erstreckt sich beweglich durch die Buchse 14 und ist mittels eines in die Buchse 14 eingepaßten Lagers 14a drehbar gelagert. Somit liegen sich der Permanentmagnet 11b des Rotors 11 einerseits und die Spulen L1 und L2 andererseits einander gegen­ über, während sich zwischen ihnen ein schmaler Luftspalt befindet. Der Permanentmagnet 11b wird zwischen zwei Po­ len N und S so magnetisiert, daß sich die Intensität des Magnetfelds eines jeden Pols entlang der Umfangslinie des Magneten 11b sinusförmig ändert, wie in Fig. 17 ge­ zeigt ist. Die Platte 13 ist vorzugsweise aus einem ma­ gnetischen Material hergestellt, dessen Oberfläche mit einem Isolierfilm überzogen ist. Auf dem Isolierfilm wird eine den Spulen zugeordnete gedruckte Schaltung aufgebaut. Das magnetische Material der Platte 13 schafft einen Verlauf der Magnetfeldlinien, derart, daß der vom Permanentmagneten 11b emittierte magnetische Fluß effektiv die Spulen L1 und L2 schneidet, wie in Fig. 16 gezeigt. Die Platte 13 kann auch dadurch herge­ stellt werden, daß eine herkömmliche nichtmetallische Leiterplatte und ein Blech aus einem magnetischen Mate­ rial zusammengefügt werden. Der geradlinige Abschnitt der entsprechenden D-förmigen Spulen L1a, L1b, L2a und L2b ist im wesentlichen gleich lang wie oder länger als der Durchmesser des Permanentmagneten 11b, wie in Fig. 13 gezeigt ist.

Die Spulen L1 sind mit einem Oszillator G1 verbunden, der ein die Kosinusfunktion einer zu messenden Größe darstellendes Signal erzeugt, und die Spulen L2 sind mit einem Oszillator G2 verbunden, der ein die Sinusfunktion der zu messenden Größe darstellendes Signal erzeugt.

Unter der Annahme, daß R der Betrag der zu messenden Größe ist, wird dann, wenn vom Oszillator G1 an die Spu­ le L1 der Strom I cos R und vom Oszillator G2 an die Spule L2 der Strom I sin R geliefert wird, gemäß Flemings Linker-Hand-Regel eine Kraft erzeugt, derart, daß sich der Permanentmagnet 11b einerseits und die ge­ radlinigen Abschnitte der Spulen andererseits gegensei­ tig abstoßen. Diese Kraft bewirkt, daß sich der Rotor dreht, da die Spulen selbst unbeweglich sind.

Aus Flemings Linker-Hand-Regel ergibt sich bei einem durch die Spule L1 fließenden Strom I cos R ein auf die Spule L1 wirkendes Drehmoment T1 zu

T1 = n1 × t1 × B1 × sin R × I × cos R × 11 × r1

wobei n1 die Anzahl der Spulen, t1 die Anzahl der Win­ dungen einer jeden Spule, B1 der Spitzenwert der magne­ tischen Flußdichte, l1 die effektive Länge der Spule und r1 der effektive Radius des Rotors ist.

Wenn durch die Spule L2 der Strom I sin R fließt, ist das auf die Spule L2 wirkende Drehmoment T2 durch

T2 = - n2 × t2 × B2 × cos R × I × sin R × 12 × r2

gegeben.

Der Rotor 11 wird durch das aus den Drehmomenten T1 und T2 resultierende Drehmoment in eine Winkelposition ge­ dreht, in der die zwei Drehmomente T1 und T2 den glei­ chen Betrag und entgegengesetzte Richtung haben. Dann wird der Rotor 11 in dieser Position gehalten.

Wenn daher die beiden Spulen L1 und L2 gleichförmig aus­ gebildet werden, kann der Rotor 11 und damit der Zeiger A bei guter Wiederholgenauigkeit in eine Winkelposition gedreht werden, die dem Betrag der zu messenden Größe entspricht. Die Winkelstellung des Zeigers kann zwischen 0° und 360°in einer linearen Beziehung orientiert wer­ den, wie in den Fig. 20A bis 20E gezeigt, indem sowohl die Richtungen der durch die Spulen L1 und L2 fließenden Ströme geändert als auch die Beträge dieser Ströme kon­ tinuierlich variiert werden. Zum Zwecke der Erläuterung wird in den Fig. 20A bis 20E die Richtung des Stroms dargestellt, der durch eine der zwei Hälften des jewei­ ligen Spulenpaars fließt. Beispielsweise fließt in Fig. 20B ein Strom I cos 45° durch die Spule L1a nach oben, während durch die Spule L2a ein Strom I sin 45° nach rechts fließt.

Claims (5)

1. Meßwerk für ein Instrument mit:
einem Signalgenerator zum Erzeugen eines ersten elektrischen Stromes und eines zweiten elektrischen Stromes,
einer drehbar gelagerten Welle,
einem Zeiger, der an der Welle befestigt ist,
einem schmalen Magneten, der an seinen beiden Schmalseiten jeweils eine parallele Oberfläche aufweist, durch welche sich die Welle erstreckt, wobei der Magnet an der Welle befestigt ist und ein magnetisches Feld erzeugt, welches sich in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu den parallelen Oberflächen erstreckt, und die Stärke des Magnetfeldes entlang einer Kreisbahn um die Welle gemäß einer Sinusfunktion varriert,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Spule (L1) parallel zu den parallelen Oberflächen der Magneten (11b) gewickelt ist und aus zumindest einem in einer ersten Richtung geradlinig verlaufenden ersten Leiter gebildet ist, daß der erste Leiter in dem Magnetfeld des Magneten (11b) angeordnet und von diesem ersten Strom durchflossen ist,
daß eine zweite Spule (L2) parallel zu den parallelen Oberflächen des Magneten (11b) gewickelt ist und aus zumindest einem Leiter (L2) in einer zweiten Richtung geradlinig verlaufenden zweiten Leiter gebildet ist, daß die zweite Richtung quer zur ersten Richtung verläuft, daß der zweite Leiter im Magnetfeld des Magneten (11b) angeordnet und von dem zweiten Strom durchflossen ist,
daß der erste und der zweite Leiter der ersten bzw. der zweiten Spule (L1, L2) das Magnetfeld durchschneidet, welches von den parallelen Oberflächen des Magneten (11b) in einer Richtung senkrecht zu den parallelen Oberflächen des Magneten ausgeht, und daß der erste und der zweite Leiter der Spulen (L1, L2) das Magnetfeld im wesentlichen in einem rechten Winkel in bezug auf die Magnetfeldlinien durchschneiden, wodurch der Magnet in eine Drehbewegung versetzbar ist.

2. Meßwerk für ein Instrument gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leiter der ersten Spule (L1) und der zweite Leiter der zweiten Spule (L2) jeweils Teile einer dünnen Toroidspule sind.

3. Meßwerk für ein Instrument gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strom eine Kosinusfunktion der Winkelstellung des Magneten (11b) und der zweite Strom eine Sinusfunktion der Winkelstellung des Magneten (11b) ist,
die ersten und zweiten geradlinigen Leiter der ersten Spule (L1) bzw. der zweiten Spule (L2) sich im wesentlichen diametral über den Magneten (11b) erstrecken und
daß der Magnet (11b) ein zweipoliger Permanentmagnet von Scheibenform ist.

4. Meßwerk für ein Instrument gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinigen Leiter der ersten und zweiten Spule (L1, L2) auf einer magnetischen Platte (13) verlegt sind, die einen Magnetfeldlinienverlauf bewirken, derart, daß das vom Magneten (11b) emittierte Magnetfeld die ersten und zweiten Leiter der ersten bzw. der zweiten Spule (L1 bzw. L2) effektiv schneidet.

5. Meßwerk für ein Instrument gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Platte (13) mit einem Isolierfilm überzogen ist und eine gedruckte elektrische Schaltung, die den Leitern zugeordnet ist, auf dem Isolierfilm aufgebaut ist.