DE68926060T2 - Elektromagnetische Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Anzeigegerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Der Begriff 'Beobachtungsrichtung' in dieser Schrift bezieht sich auf die Richtung vom Anzeigegerät zur Mittelposition in dem für das Gerät beabsichtigten Beobachtungsbereich.
• Die Begriffe 'vorderseitig' und 'rückseitig' beziehen sich jeweils auf die der Beobachtungsrichtung entsprechenden bzw. entgegengesetzten Richtung.
• Im US-Patent Nr. 4 577 427 vom 25. März 1986 wird ein elektromagnetisches Anzeigegerät der obengenannten Art gezeigt, bei dem das Gehäuse ein Paar magnetisch umkehrbare Kerne mit hoher Remanenz zum Antreiben von Magnet und Rotor umfaßt. Die Kerne besitzen entgegengesetzte Polaritäten und treiben einen Rotormagneten an, dessen Magnetachse auf der Rotorebene zwischen einem Paar Begrenzungspositionen liegt, wobei in der Beobachtungsrichtung in jeder dieser Begrenzungspositionen eine konstrastierende Seite des Rotors angezeigt wird.
• Die US-A-3 295 238 offenbart ein ähnliches Gerät, bei dem beide Enden eines einzigen magnetisch umkehrbaren Kerns mit hoher Remanenz verwendet werden.
• Die offenbarten Geräte sind von beträchtlichem Nutzen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein elektromagnetisches Anzeigegerät bereitzustellen, das auf wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.
• Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beanspruchten Merkmale erreicht.
• Ein einfacher Magnetantrieb wird dadurch erhalten, daß der Rotormagnet senkrecht zur Beobachtungsrichtung polarisiert werden kann, und der einzige Kern den Rotor zwischen Begrenzungspositionen antreiben kann, die, falls gewünscht, gemessen im Drehungswinkel des Rotors zwischen Begrenzungspositionen um wesentlich mehr als 180º auseinanderliegen.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Rotor von dünner, flacher Form bereitzustellen, der um eine Zentralachse in der Ebene des Geräts schwenkbar ist und von einem einzigen Kern mit hoher Remanenz angetrieben werden kann, dessen vorderseitiges freies Ende nahe einer parallel zur Beobachtungsrichtung verlaufenden und die Drehungsachse schneidenden Linie angeordnet ist, und wobei der Rotor einen Dauermagneten aufweist, der senkrecht zur Mittelebene des Rotors magnetisiert ist. Der Magnet ist in Bezug auf die Rotorachse asymmetrisch angeordnet, damit das erforderliche Antriebsdrehmoment bereitgestellt wird, wenn der Kern eingeschaltet wird.
• Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der Magnet dünn und flach ausgeführt, um der flachen Form des Rotorelements insgesamt zu entsprechen.
• Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist der dünne, allgemein flache Magnet eine größere Längenabmessung als Breite auf, wobei die Längenabmessung allgemein parallel zur Drehungsachse verläuft. Diese Anordnung macht sich die Tatsache zunutze, daß sich der Hauptfluß eines dünnen, flachen Magneten an die Kanten angrenzend entwickelt. Die Magnetwirkungen werden daher verstärkt, wenn der Magnet als lange, dünne Form bereitgestellt wird, und der Fluß entlang jeder der langen Kanten wird dazu genutzt, den Antrieb des Rotors durch den Kern zu unterstützen.
• Der besprochene dünne, allgemein flache Magnet wird bevorzugt als Teil der mittleren Lage eines als dreilagiger Schichtstoff bzw. als 'Sandwich' gebildeten Rotors eingeführt, wobei der Rotor gemäß den US-Patenten Nr. 3 871 945 vom 18. März 1975 und Nr. 3 953 244 vom 27. April 1976 aufgebaut ist.
• Ein derartiger dünner, allgemein flacher Magnet kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden, um jedoch die beste Kombination aus hoher Koerzitivkraft und hoher Remanenz und ausreichenden strukturellen Eigenschaften zur Handhabung während der Konstruktion zu erhalten, hat sich die Verwendung eines kunststoffgebundenen Ferrits, dessen für die flache Form und den Schichtaufbau gewünschte dünne Form mittels Spritzgießen hergestellt werden kann, als die beste Lösung erwiesen.
• Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung fluchtet der Ständerkern, dessen vorderseitiges freies Ende sich rückseitig vom Rotor befindet, mit der parallel zur Beobachtungsrichtung von der Achse kommenden Linie. Der Kern ist so ausgeführt und angeordnet, daß er in die Bahn des Rotors vorsteht. Die Kante des Rotors kann daher mit einem Ausschnitt versehen sein, damit der Rotor das vorstehende Kernende passieren kann. Dadurch kann das Kernende bei seinem Weg von seiner einen Begrenzungsposition zur anderen näher an den Ort des Magneten herangebracht werden, was eine Verbesserung des Magnetdrehmoments bedeutet.
• Bei Verwendung des Rotors mit dem Kantenausschnitt sind zweckmäßigerweise am Gehäuse getragene Rotoranschläge bereitgestellt, die die Begrenzungsposition für den Rotor definieren und die sich an entgegengesetzten Seiten der Rotorachse befinden. Die Anschläge können so angeordnet sein, daß jeder jeweils auf den Abschnitt des Rotors einwirkt, der in bezug auf die Rotorachse symmetrisch gegenüber dem Ausschnitt angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann der Ausschnitt bei einem Teil der Drehungsmöglichkeiten des Geräts dem Rotor ermöglichen, bei seinen Bewegungen zwischen Begrenzungspositionen den Anschlag, der nicht benutzt wird, freizuhalten. Dadurch vergrößert sich effektiv der erlaubte Drehungswinkel des Rotors, während gleichzeitig eine zweckmäßige Anordnung der Anschläge ermöglicht wird. Dieser Ausschnitt kann ferner einen Freiraum für den sich nach vorn erstreckenden Abschnitt des Ständerkerns bereitstellen.
• Die Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, zeigen:
• Figur 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Anzeigegeräts,
• Figur 2 eine auseinandergezogene Ansicht des Geräts von Figur 1,
• Figur 3 eine auseinandergezogene Ansicht der bevorzugten Ausbildung des Rotoraufbaus,
• Figur 4 einen Querschnitt des Geräts senkrecht zur Beobachtungsachse, und
• Figur 5 eine Vorderansicht des Geräts.
• Obwohl die bevorzugte Ausführungsform hier unter Bezugnahme auf ein einziges Anzeigegerät besprochen wird, wird man erkennen, daß derartige Geräte häufig in Mehrfach- Gruppierungen und in Reihen und Säulen verwendet werden und daß häufig mehrere Gehäuse komplett mit Rotoren zu einer einzigen Einheit zusammengestellt sind.
• In den Zeichnungen weist ein geformtes Kunststoffgehäuse 10 Seiten und einen Rücken auf und ist vorderseitig in die Beobachtungsrichtung offen. In den Stirnwänden des Gehäuses montierte Pfosten 12 und 14 stellen Schwenkhalterungen für den Rotor bereit und definieren die Drehachse zwischen den Lagervertiefungen 16 und 18. Zwischen den Schwenkhalterungen ist ein Paar Anschlagglieder 20 auf entgegengesetzten Seiten des Gehäuses direkt innerhalb der Stelle, an der sich die Kante des Rotors 22 befindet, angeordnet. Bei den Anschlaggliedern 20 handelt es sich bevorzugt um Pfosten, die vorderseitig von der Rückseite des Gehäuses vorstehen. Sie sind bevorzugt ungefähr in einer Ebene durch die Drehungsachse senkrecht zur Beobachtungsrichtung angeordnet. Ein Kern 24 ist so montiert, daß er vorderseitig durch die Rückwand des Gehäuses in einer Linie vorsteht, und zwar an einer Stelle, die durch eine parallel zur Beobachtungsrichtung durch die Drehungsachse verlaufenden Linie, in der Mitte zwischen den Lagern 16 und 18 definiert wird. Der Kern 24 ist rückseitig vom Gehäuse mit einer Erregerspule 26 versehen. Der Kern besteht aus einem Material mit hoher Remanenz und hoher Koerzitivkraft, so daß die Spule lediglich zum Ändern der Polarität des Kernendes 28 zum Pulsieren gebracht wird, wobei diese Polarität dann vom Kernende 26 beibehalten wird, bis der Spule 26 ein entgegengesetzter Puls zugeführt wird. Das bevorzugte für den Kern verwendete Material ist Vicalloy. Bei der Spule handelt es sich der Einfachheit und Wirtschaftlichkeit halber bevorzugt um eine Eindrahtspule, die von einer nicht gezeigten Pulsquelle erregt wird.
• Der Rotor ist dünn und relativ flach und definiert eine Mittelebene, wobei es sich um diejenige Ebene handelt, die dem Ort seiner Längen- und Breitenausdehnung am besten entspricht. Von jedem Ende des Rotors stehen die Rotordrehzapfen 30 vor, um den Rotor in den Vertiefungen 16 und 18 drehbar zu haltern. Mit Ausnahme von zwei Ausschnitten, die noch beschrieben werden, ist der Rotor bevorzugt symmetrisch um die Drehungsachse angeordnet, die von seinen Drehzapfen 30 definiert wird, und er hat bevorzugt einen Schichtstoff- bzw. 'Sandwich'-Aufbau, wie er in den Patenten 3 871 945 und 3 953 244 beschrieben wird. Demnach ist eine mittlere Lage 34 aus Kunststoff so geformt, daß sie folgendes bereitstellt: Drehzapfen 30; und ovalen Ausschnitt 36 zur Aufnahme des Magneten 38, und einen Kantenausschnitt 40 an einer Seitenkante, in der Mitte zwischen den Drehzapfen. Der der wünschenswerten Position für den Magneten 38 entsprechende ovale Ausschnitt hat seine lange Abmessung parallel zur Rotorachse und ist auf der dem Ausschnitt 40 gegenüberliegenden Seite der Achse angeordnet. Der Magnet 38 ist so geformt, daß er in dem ovalen Ausschnitt aufgenommen werden kann und weist eine Dicke auf, die so ausgewählt ist, daß sie der Dicke der mittleren Lage 34 möglichst genau entspricht, so daß die äußeren Lagen 42 und 44 einen flachen Umriß aufweisen. Der Magnet ist senkrecht zu seiner Ebene und damit zur Ebene des Rotors gepolt.
• Mit dem dünnen Profil des Magneten wird die Tatsache genutzt, daß die Hauptkraft des Magneten an seinen Kanten auftritt und die Kanten durch das dünne Profil nahe beieinander liegen können. Damit steht der sich an beiden Magnetkanten ergebende senkrecht zur Rotorebene verlaufende Fluß für den elektromagnetischen Antrieb durch Kern 24 zur Verfügung.
• Der Kantenausschnitt 40 ist so ausgeführt, daß er das nach innen vorstehende Kernende 28 bei dem Rotorweg zwischen Begrenzungspositionen freihält, wodurch das Kernende fur ein besseres Drehmoment näher an den Ort des Magneten gebracht werden kann. Der Ausschnitt 40 erlaubt ferner dem Rotor, den nicht benutzten Anschlag freizuhalten, während der Rotor sich neben seiner Ruheposition am anderen Anschlag befindet. Dies ist am besten in Figur 4 dargestellt, in der die Position eines Anschlags 20 im Verhältnis zum Ausschnitt 40 gezeigt wird.
• Bei jeder Begrenzungsposition des Rotors verbleibt daher einer der Anschläge sichtbar in der Beobachtungsrichtung, was jedoch die Erscheinung des Elements nicht ernstlich beeinträchtigt. Das Rotormaterial kann elastisch gestaltet sein, so daß es zum Einführen in die Senkungen 16 und 18 gebogen werden kann.
• Es ist zu bemerken, daß bisherige Anzeigegeräte, die zum Antrieb der Rotormagneten zwei Kerne verwenden, bei den meisten Ausführungen auf Drehungen von weniger als 180º beschränkt sind, während die Verwendung eines einzigen Antriebskerns mit einem asymmetrisch angeordneten Magneten einen sehr viel größeren Drehwinkel ermöglicht, falls dies gewünscht wird. Es wird sich zeigen (bei einer Untersuchung von Figur 4), daß durch ein Absenken der Enden der Anschläge 20 Winkel von mindestens 270º erzielt werden könnten.
• Es wird angemerkt, daß die Verwendung eines asymmetrischen Rotormagneten mit einer Abmessung, die parallel zur Rotorachse größer ist als senkrecht zu dieser, einen Magneten ergibt, bei dem der Fluß an beiden längeren Kanten jedesmal zur Unterstützung des Rotorantriebs zur Verfügung steht, wenn die Kempolarität umgekehrt wird.
• Es wird angemerkt, daß eine Konstruktion des Magneten aus kunststoffgebundenem Ferrit bevorzugt ist. Dies hat sich als das am besten geeignete Material für den dünnen Schichtstoffaufbau erwiesen, da es gute Handhabungseigenschaften bei hoher Remanenz und Koerzitivkraft aufweist.
• Im Betrieb, und wenn die Spule 26 unerregt ist, hält der remanente Fluß des Kerns 24 mit dem Südpol 28 den Rotor 42 in einer seiner Ruhepositionen gegen einen Anschlag 20. Seite A des Rotors ist in der Beobachtungsrichtung V gezeigt. Bei der Erregung von Spule 26 zum Umkehren der Polarität des Kerns 24 und des Kernendes 28 bewirkt die umgekehrte Polarität, daß sich der Rotor 42 unter der Steuerung seines Magneten 38 in seine andere Begrenzungsposition, in der er gegen den anderen Anschlag 20 anliegt, bewegt. Seite B des Rotors ist dann in der Beobachtungsrichtung V gezeigt. Bei der Bewegung zwischen Begrenzungspositionen wird bemerkt, daß der Kantenausschnitt 40 den Anschlag 20, den er verläßt, freihält, dann um den Kern 24 passiert und dann in der Endposition den anderen Anschlag 20 freihält. Sobald der Kern 24 eingeschaltet ist, hält der remanente Fluß des Kerns 24 den Rotor ohne eine fortgesetzte Erregung der Spule 26 in Position. Falls gewünscht wird, die Position des Rotors 22 wieder umzukehren, um Seite A in der Richtung V anzuzeigen, wird die Spule 26 so gepulst, daß die Polarität des Kerns 24 wieder umgekehrt wird.

Claims (9)

1. Elektromagnetisches Anzeigegerät mit einer vorbestimmten Beobachtungsrichtung (V), das folgendes umfaßt:

ein Gehäuse (10);

einen Rotor (22) mit einem Körper von dünner, allgemein flacher, eine Mittelebene definierender Form, der zum Drehen um eine Achse in der genannten Mittelebene am genannten Gehuse (10) montiert ist, wobei der genannte Körper an jeder Seite der genannten Achse verläuft,

wobei die genannte Achse etwa senkrecht zur genannten Beobachtungsrichtung (V) ist,

wobei der genannte Rotor (22) auf entgegengesetzten Seiten kontrastierende Farben aufweist,

Anschlagvorrichtungen (20) am genannten Gehäuse, die zwischen zwei Begrenzungspositionen einen Bewegungsbogen für den genannten Rotor (22) definieren,

wobei jede Begrenzungsposition der Anzeige einer anderen kontrastierenden Seite in der Beobachtungsrichtung entspricht, und

eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung für den genannten Rotor,

dadurch gekennzeichnet, daß die genannte

elektromagnetische Antriebsvorrichtung folgendes umfaßt:

einen am genannten Rotor (22) auf einer Seite der genannten Rotorachse montierten Dauermagneten (38), dessen Polarachse quer zur Mittelebene liegt,

einen einzigen Kern (24) mit hoher Remanenz und umkehrbarer Polarität, der an dem genannten Gehäuse befestigt ist, wobei nur eines seiner Kernenden (28) in der Beobachtungsrichtung (V) vorsteht, der zum Polarisieren in einer ausgewählten Polarität durch eine Erregerspule (28) ausgeführt ist, wobei das genannte eine Kernende (28) bei der Bewegung zwischen Begrenzungspositionen rückseitig von dem Ort der Bewegung des genannten Rotors angeordnet ist und im von der Spule (28) polarisierten Zustand zum Ausüben eines magnetischen Drehmoments zum Bewegen des genannten Rotors zwischen Begrenzungspositionen in einer vom Drehmoment bestimmten Winkelrichtung angepaßt und angeordnet ist.

2. Anzeigegerät nach Anspruch 1, bei dem eine Erregerwicklung des Kerns eine Eindrahtwicklung ist.

3. Elektromagnetisches Anzeigegert nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der genannte Rotor (22), mit Ausnahme eines an einer Kante auf der axialen Länge des Rotors mittig gelegenen Ausschnitts (40), auf jeder Seite der Drehungsachse im wesentlichen symmetrisch ist, wobei die genannten Anschläge (20) den Rotor (22) jeweils an der symmetrisch von dem genannten Ausschnitt (40) angeordneten Stelle berühren.

4. Elektromagnetisches Anzeigegerät nach Anspruch 3, bei dem der genannte Kern (24) im Verhältnis zum genannten Rotor so angeordnet ist, daß das genannte Kernende (28) während der Bewegung des genannten Rotors (22) zwischen Begrenzungspositionen durch den von dem genannten Ausschnitt (40) definierten Bereich läuft.

5. Elektromagnetisches Anzeigegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der genannte Magnet (38) zu einer etwa parallel zur Mittelebene angeordneten und im wesentlichen den Dickeabmessungen des Rotorkörpers (22) entsprechenden dünnen, allgemein flachen Lage geformt ist.

6. Elektromagnetisches Anzeigegerät nach Anspruch 5, bei dem der genannte Magnet (38) auf dem Rotor (22) an der dem genannten Ausschnitt (40) gegenüberliegenden Seite der genannten Achse angeordnet ist.

7. Elektromagnetisches Anzeigegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der genannte Magnet (38) eine größere Länge als Breite hat und seine lange Abmessung etwa parallel zur Drehungsachse verläuft.

8. Elektromagnetisches Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der genannte Magnet (38) ein kunststoffgebundenes Ferrit ist.

9. Elektromagnetisches Anzeigegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der enannte Rotor (22) ein Schichtstoff aus drei Lagen (34, 42, 44) ist und die mittlere Lage (34) mit einem Ausschnitsbereich (36) zur Aufnahme des genannten Magneten (38) versehen ist.