DE19728294A1 - Elektrisches, analog arbeitendes Anzeigeinstrument mit Zeigerrückstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches, analog arbeitendes Anzeigeinstrument, mit mindestens einem Meßwertanzeiger, mit einer Anzeigeskala, mit einer Meßwertauf­ nahme- und -verarbeitungsschaltung zur Aufnahme und Weiterverarbeitung von Meßwerten, mit einem an die Meßwertaufnahme- und -verarbeitungsschaltung ange­ schlossenen Schrittmotor zur Positionierung des Meßwertanzeigers in einer dem Meßwert entsprechenden Position an der Anzeigeskala und mit einem elektrischen Energiespeicher, wobei der Meßwertanzeiger bei Ausfall einer externen Betriebs­ spannung mittels der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie auf eine vorbe­ stimmte Rückstellposition zurückgestellt wird.

Anzeigeinstrumente der zuvor beschriebenen Art sind grundsätzlich bekannt und werden überall dort eingesetzt, wo physikalische Größen oder Änderungen von physikalischen Größen durch die Position eines Meßwertzeigers auf einer Anzeige­ skala dargestellt werden sollen. Beispielsweise werden derartige Anzeigeinstrumente bei Kraftfahrzeugen als Tachometer oder in Industrieanlagen zur Anzeige eines Flüs­ sigkeitsstandes oder eines Druckes verwandt. Wurden früher zum Antrieb des Meß­ wertzeigers überwiegend elektromagnetische Spulensysteme verwendet, so werden mittlerweile zunehmend genauere und robustere Systeme mit einem Schrittmotor ein­ gesetzt. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der DE 43 10 060 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Anzeigeinstrument, von dem die Erfindung ausgeht, wird der Meßwertanzeiger bei Ausfall einer externen Betriebsspannung mittels der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie auf eine vorbestimmte Rückstellposition zu­ rückgestellt. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß der Energiespeicher relativ groß bemes­ sen sein muß, um den Meßwertanzeiger auch aus der Maximalposition zurück in eine Referenzposition führen zu können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei dem eingangs beschriebenen elektrischen Anzeigeinstrument den Energieverbrauch beim Rückstellen des Meß­ wertanzeigers zu verringern und die Arbeitsweise des Anzeigeinstruments zu verbes­ sern.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßwertanzeiger unabhängig von seiner Position immer auf dem kürzesten Weg auf die vorbestimmte Rückstellposition zurückgestellt wird. Durch diese Maßnahme kann die benötigte Speicherkapazität des Energiespeichers auf die Hälfte reduziert werden, da der Meßwertanzeiger in Abhängigkeit von seiner Position bei Ausfall der externen Betriebsspannung entweder im Uhrzeigerrichtung oder in entgegengesetzter Rich­ tung - und somit auf kürzestem Weg - auf die vorbestimmte Rückstellposition zu­ rückgestellt wird.

Vorteilhafterweise ist nur ein Teil der Anzeigeskala als Skalenbereich - mit einem Skalenanfangswert und einem Skalenendwert - ausgeführt. Die vorbestimmte Rück­ stellposition für den Meßwertanzeiger bei Ausfall der externen Betriebsspannung liegt dann vorzugsweise außerhalb des Skalenbereichs. Dadurch ist sichergestellt, daß es nicht zu einer Fehlinterpretation über den Wert des Meßwertanzeigers bei Ausfall der externen Betriebsspannung kommen kann. Der Benutzer kann somit die Rück­ stellposition nicht mit einem Wert aus dem Skalenbereich verwechseln.

Nach einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Anzeigeinstruments wird der Bereich der Anzeigeskala, der nicht zum Skalenbereich gehört, durch eine Abdeckung verdeckt. Dann befindet sich die Rückstellposition des Meßwertanzei­ gers unterhalb der Abdeckung, und zwar vorteilhafterweise in der Nähe des Randbe­ reichs der Abdeckung.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße An­ zeigeinstrument weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patent­ anspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung be­ vorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstru­ ments im normalen Betrieb,

Fig. 2 das Anzeigeinstrument aus Fig. 1 bei Ausfall der externen Betriebsspan­ nung und bei Initialisierung des Anzeigeinstruments,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anzeigeinstru­ ments im normalen Betrieb und

Fig. 4 das Anzeigeinstrument aus Fig. 3 bei Ausfall der externen Betriebsspan­ nung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung eines Anzeigeinstruments 1 mit einem Meßwertanzeiger 2 und einer Anzeigeskala 3, durch die eine Meßwertaufnahme- und -verarbeitungs­ schaltung, ein Energiespeicher und ein Schrittmotor, welche sich alle in einem Gehäu­ se 4 befinden, abgedeckt sind. In Fig. 2 bzw. in Fig. 4 ist jeweils ein Anzeigeinstru­ ment 1 bei Ausfall der externen Betriebsspannung dargestellt. Dann befindet sich der Meßwertanzeiger 2 in einer Rückstellposition 5, die sich außerhalb des Skalenbe­ reichs 6 befindet, der durch einen Skalenanfangswert 7 und einen Skalenendwert 8 begrenzt ist.

Ein Teil der Anzeigeskala 3 des Anzeigeinstruments 1 ist durch eine Abdeckung 9 abgedeckt, wobei die Randbereiche 10 der Abdeckung 9 außerhalb des Skalenbe­ reichs 6 liegen. Bei den erfindungsgemäßen Anzeigeinstrumenten 1 gemäß den Fig. 1 bis 4 hat die Abdeckung 9 die Form eines Kreissegments und deckt den - bei übli­ chen 270°-Anzeigeinstrumenten nicht verwendeten - unteren Bereich ab. Selbstver­ ständlich kann die Abdeckung 9 auch eine andere Form haben, insbesondere kann bei einer kreissegmentförmigen Abdeckung 9 die Abdeckung 9 einen Winkel größer oder kleiner als 90° aufweisen.

In Fig. 2 ist das Anzeigeinstrument 1 aus Fig. 1 bei Ausfall der externen Betriebs­ spannung dargestellt. Fällt die externe Betriebsspannung aus bzw. unterschreitet sie einen unteren Grenzwert, so wird der Meßwertanzeiger 2 aus seiner aktuellen Posi­ tion innerhalb des Skalenbereichs 6 in die vorbestimmte Rückstellposition 5 ge­ bracht. Die Rückstellposition 5 befindet sich unterhalb der Abdeckung 9 und somit außerhalb des Skalenbereichs 6, so daß ein Ablesen eines falschen Wertes des An­ zeigeinstruments 1 bei Ausfall der externen Betriebsspannung nicht möglich ist. Würde der Meßwertanzeiger 2 bei Ausfall der externen Betriebsspannung nicht unter der Abdeckung 9 verschwinden bzw. aus dem Skalenbereich 6 herausgeführt wer­ den, so könnte ein Benutzer einen Wert ablesen, der dem tatsächlichen Wert nicht entspricht. Wenn das Anzeigeinstrument 1 beispielsweise Teil eines sicherheitsrele­ vanten Ventils wäre, könnte ein Benutzer, wenn der Meßwertanzeiger 2 bei Ausfall der externen Betriebsspannung nur auf den Skalenanfangswert 7 zurückgeführt würde, das Ventil versehentlich öffnen, was ein großes Sicherheitsrisiko darstellen würde.

Die Rückstellposition 5 befindet sich in der Nähe des Randbereichs 10 der Ab­ deckung 9, und zwar auf der Seite der Abdeckung 9, die dem Skalenanfangswert 7 benachbart ist. In der Nähe des Randbereichs 10 der Abdeckung 9, der dem Skalen­ endwert 8 benachbart ist, befindet sich eine zweite Rückstellposition 5'. Je nach dem, wo sich der Meßwertzeiger 2 zum Zeitpunkt des Ausfalls der externen Betriebsspan­ nung innerhalb des Skalenbereichs 6 befindet, wird er zur Rückstellposition 5 oder zur Rückstellposition 5' geführt. Dadurch wird erreicht, daß der Meßwertanzeiger 2 unabhängig von seiner Position immer auf dem kürzesten Weg auf die vorbestimmte Rückstellposition 5 bzw. 5' zurückgestellt wird. Die Abdeckung 9 befindet sich symmetrisch zwischen dem Skalenanfangswert 7 und dem Skalenendwert 8. Unter­ halb der Abdeckung 9 befindet sich neben den Rückstellpositionen 5 und 5' noch ein Anschlag 11, welcher in etwa gleich weit vom Skalenanfangswert 7 bzw. vom Skalenendwert 8 entfernt ist. Der Anschlag 11 hat die Funktion einer Referenzposi­ tion und kann zur Kontrolle der Meßgenauigkeit in bestimmten Abständen automa­ tisch angefahren werden. Anstelle des Anschlags 11 kann auch ein beliebiger Sensor, vorzugsweise ein optischer Sensor, zur Überwachung der Referenzposition benutzt werden.

Zu Beginn der Messungen bzw. bei einem Neustart, beispielsweise nach Ausfall der externen Betriebsspannung, wird der Meßwertanzeiger 2 aus der Rückstellposition 5 bzw. 5' in die Referenzposition gefahren. Die Referenzposition wird also nicht bei Spannungsausfall erreicht, sondern erst beim Neustart. Kurz bevor der Meßwertan­ zeiger 2 gegen den Anschlag 11 fährt, wird eine hohe Ansteuerfrequenz für den Schrittmotor gewählt, weil sich dann das Drehmoment verringert und somit kein me­ chanischer Schaden am Meßwertanzeiger 2 beim Anschlagen entsteht. Wird nach dem Neustart ein neuer Meßwert gemessen, so fährt der Meßwertanzeiger 2 eine dem Meßwert entsprechende Position im Skalenbereich 6 mit einer Winkelgeschwindig­ keit an, die zeit- und wegabhängig ist. Das heißt in Abhängigkeit vom zurückzule­ genden Weg bewegt sich der Zeiger zunächst langsam und dann immer schneller bis zur Maximalgeschwindigkeit. Dadurch wird eine quasi kontinuierliche Bewegung des Meßwertanzeigers 2 erreicht, so daß die tatsächlich schrittweise Bewegung nicht sichtbar ist.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Ausführung eines Anzeigeinstruments 1 dargestellt, bei der das Anzeigeinstrument 1 neben dem Meßwertanzeiger 2 noch einen zweiten Meßwertanzeiger 12 und einen Grenzwertanzeiger 13 aufweist. So können bei­ spielsweise Geschwindigkeit und Temperatur einer Flüssigkeit oder momentaner Druck und mittlerer Druck gleichzeitig angezeigt werden. Mit dem Grenzwertanzei­ ger 13 kann ein oberer oder unterer Grenzwert angezeigt werden, so daß durch einen Beobachter dann besonders schnell erkannt werden kann, daß sich der Meßwertan­ zeiger 2 einem solchen kritischen Wert nähert. Selbstverständlich kann das Anzeige­ instrument 1 auch zwei Grenzwertanzeiger 13 aufweisen, so daß sowohl ein oberer als auch ein unterer Grenzwert dauerhaft angezeigt werden kann. Anstelle des Grenzwertanzeigers 13 oder zusätzlich zu diesem können Leuchtdioden 14, 15 Be­ standteil des Anzeigeinstruments 1 sein, die anzeigen, ob sich der Meßwertanzeiger 2 innerhalb vorgegebener Grenzen befindet.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Anzeigeinstrument 1, das dem Anzeigeinstrument 1 aus Fig. 3 bei Ausfall der externen Betriebsspannung entspricht, befinden sich sowohl der Meßwertanzeiger 2 als auch der Meßwertanzeiger 12 in der Rückstellpo­ sition 5. Hätte beispielsweise der Meßwertanzeiger 2 zum Zeitpunkt des Spannungs­ ausfalles einen Wert größer als 50 angezeigt, so wäre er in die Rückstellposition 5' zurückgeführt worden.

Claims (12)

1. Elektrisches, analog arbeitendes Anzeigeinstrument, mit mindestens einem Meß­ wertanzeiger, mit einer Anzeigeskala, mit einer Meßwertaufnahme- und -verarbei­ tungsschaltung zur Aufnahme und Verarbeitung von Meßwerten, mit einem an die Meßwertaufnahme- und -verarbeitungsschaltung angeschlossenen Schrittmotor zur Positionierung des Meßwertanzeigers in einer dem Meßwert entsprechenden Position an der Anzeigeskala und mit einem elektrischen Energiespeicher, wobei der Meß­ wertanzeiger bei Ausfall einer externen Betriebsspannung mittels der in dem Energie­ speicher gespeicherten Energie auf eine vorbestimmte Rückstellposition zurückge­ stellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertanzeiger (2) unabhängig von seiner Position immer auf dem kürzesten Weg auf die vorbestimmte Rückstellposition (5) zurückgestellt wird.

2. Anzeigeinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Anzeigeskala (3) als Skalenbereich (6) - mit einem Skalenanfangswert (7) und einem Skalenendwert (8) - ausgeführt ist.

3. Anzeigeinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbe­ stimmte Rückstellposition (5) außerhalb des Skalenbereichs (6) liegt.

4. Anzeigeinstrument nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Anzeigeskala (3) durch eine Abdeckung (9) verdeckt ist.

5. Anzeigeinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Randberei­ che (10) der Abdeckung (9) außerhalb des Skalenbereichs (6) liegen.

6. Anzeigeinstrument nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rückstellposition (5) unter der Abdeckung (9) befindet und nicht mit einer, nach einer Initialisierung angefahrenen Referenzposition identisch ist.

7. Anzeigeinstrument nach einem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertanzeiger (2) erst bei der durch einem Neustart ausgelösten Initialisierung ge­ gen einen Anschlag (11), der die Funktion der Referenzposition hat, gefahren wird.

8. Anzeigeinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß kurz bevor der Meßwertanzeiger (2) gegen den Anschlag (11) fährt, eine hohe Ansteuerfrequenz für den Schrittmotor gewählt wird.

9. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertanzeiger (2) zur Kontrollfunktion in bestimmten Abständen in die Referenzposition gefahren wird.

10. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit des Meßwertanzeigers (2) zeit- und wegabhängig ist.

11. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Rückstellvorgang des Meßwertanzeigers (2) eine besondere, einen geringen Energieverbrauch ermöglichende Winkelgeschwindigkeit verwendet wird.

12. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Meßwertanzeiger (2) noch mindestens ein Grenzwertanzeiger (13) vorgesehen ist.