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Anzeigeinstrument
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Die Erfindunq betrifft ein Anzeigeinstrument mit einem Zifferblatt
und einem längs der Einteilung des Zifferblatts bewegbaren Zeiger, dessen Stellung
von der Größe einer Eingangsvariablen abhängig ist.
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Konventionelle Anzeigeinstrumente der vorgenannten Art haben den Nachteil,
daß, wenn das Instrument einen großen Bereich von anzuzeigenden Werten erfasst,
die Auflösung, mit welcher das Anzeigeinstrument abgelesen werden kann, entsprechend
vermindert ist. Besteht beispielsv.eise das Anzeigeinstrument aus einem Tiefenmesser
zum Messen der Tauchtiefe eines Unterseebootes, dann ist es notwendig, die Tauchtiefe
innerhalb eines viertel Rleters genau ablesen zu können und zwar über einen Bereich
von beispielsweise zwischen Null und 100 metern. Wird hierfür ein konventionelles
Anzeige-instrument verwendet, macht dies eine sehr große Skala erforderlich.
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Es sind verschiedene alternative Anzeigeinstrumente bekannt , welche
beispielsweise eine Digitalanzeige oder
beispielsweise zwei Zeiger
verwenden, wobei ein Zeiger für die Grobablesung und der andere Zeiger für die Feinablesung
dienen Diese alternativen Ausführungsformen sind unter bestimmten Umständen zufriedenstellend
, weisen jedoch im Vergleich zu einem Anzeigeinstrument mit nur einem Zeiger den
Nachteil auf, daß sie nicht leicht und rasch abgelesen werden können. Dies gilt
insbesondere für Digitalanzeigen. Anzeigeinstrumente mit zwei Zeigern, wie sie beispielsweise
zur Höhenanzeige bei Flugzeugen verwendet werden, geben oftmals Veranlassung zu
Fehlablesungen.
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Es besteht die Aufgabe, das eingangs genannte Anzeigeinstrument so
zu verbessern, daß bei Verwendung nur eines Zeigers eine rasche und sichere Ablesung
mit hoher Auflösung möglich ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Bei dem Anzeigeinstrument kann es sich sowohl um ein solches handeln,
das ein kreisförmiges Zifferblatt aufweist, in dessen Mitte die Drehachse des Zeigers
angeordnet ist oder es kann sich um ein solches handeln, das ein lineares Zifferblatt
aufweist, längs dem sich der Zeiger bewegt.
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Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert, die ein Anzeigeinstrument zum Ablesen der Tauchtiefe eines Unterseeboots
darstellen . Es zeigen:
Fig. 1 bis 8 die Stirnfläche des Anzeigeinstruments
bei der Anzeige verschiedener Werte und Fig. 9 schematisch den Aufbau dieses Anzeigeinstruments.
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Das Zifferblatt 1 des Tiefenmeßinstruments ist kreisförmig ausgebildet
und weist an seiner Außenkante eine aufgedruckte Skala 2 auf. Die Skala 2. besteht
aus 50 in gleichen Abständen angeordneten Einteilungsstrichen 3, von denen der jeweils
fünfte länger ausgebildet ist als die -anderen.Der Zeiger 10 verläuft radial und
kann sich um das Zentrum des Zifferblatts 1 längs der Skala 2 bewegen. Eine Veränderung-des
Zeigers 10 zwischen zwei benachbarten Einteilungsstrichen 3 stellt eine Veränderung
der Tauchtiefe um 1 meter dar. Der Abstand zwischen den Anzeigestrichen ist ausreichend
groß, um es zu ermöglichen, die Tauchtiefe mit einer Auflosung von etwa 25 cm ablesen
zu können. Mit einem konventionellen Instrument mit einem gleich eingeteilten Zifferblatt
wie das dargestellte ist es lediglich möglich, einen Bereich von 50 m zu erfassen.
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Radial innerhalb jeder fünften Markierung 3 sind einzelne Anzeigebereiche
11 bis 20 vorgesehen. Jeder Anzeigebereich 11 bis 20 kann je nach Ansteuerung eine
aus zwei Ziffern bestehende Zahl anzeigen. Die Anzeigebereiche 11 bis 20 können
lichtemittierende Dioden oder andere lichtemittierende, lichtreflektierende oder
lichtabsorbierende elektrische Bauteile aufweisen, von denen jedes aus der bekannten
Sieben-Segmentkonfiguration oder Sieben-Segmentmatrix bestehen.
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Die Anzeigebereiche 11 bis 20 werden so angesteuert, daß sie eine
Reihe von Ziffern anzeigen, die jeweils mit fünf anwachsen, so daß jede Ziffer ganzzahlig
mit fünf teilbar ist. Bei der Darstellung nach Fig. 1 zeigt der Zeiger auf den Wert
3 m, der Anzeigebereich 11 zeigt die Ziffer 0, der im Uhrzeigersinn benachbarte
Bereich 12 die Zahl 5 usw. bis zum Bereich 20 , wo der Wert 45 angezeigt wird.
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Bewegt sich der Zeiger gem. den Fig. 1 und 2 zwischen 0 und 25 m
, d.h. längs der ersten rechten Hälfte der Skala , dann werden in den Bereichen
11 bis 20 die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ziffern wiedergegeben.
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In diesem Tiefenbereich ist die Anzeige und Ablesung identisch mit
der Anzeige und Ablesung bei einem konventionellen Anzeigegerät. Die Anzeigebereiche
11 bis 20 geben also Ziffern zwischen 0 und 45 wieder, jeweils um den Wert 5 ansteigend.
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Wird jedoch eine Tauchtiefe über 25m hinaus erreicht, wie beispielsweise
28m gem. Fig. 3 , dann bewegt sich der Zeiger 10 in die zweite , linke Hälfte der
Skala, wobei der tiefste Anzeigebereich 16 überstrichen wird.
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Hierbei wechselt die Ziffer im Anzeigebereich 11 , d.h.
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im obersten Anzeigefeld von der Ziffer 0 zur Ziffer 50.
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Der oberste Anzeigebereich 11 , welcher zuvor die niedrigste Ziffer
der Serie, nämlich 0 angezeigt hat, zeigt nunmehr die höchste Ziffer der Serie nämlich
die Ziffer 50 an. Der vom Instrument erfasste Bereich liegt nunmehr zwischen 5 und
55 m.
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Bewegt sich der Zeiger im Bereich zwischen 25 und 3Dm, dann findet
keine Veränderung in der Zifferndarstellung der Bereiche 11 bis 20 statt. Sobald
jedoch der Zeiger
10 den Anzeigebereich 17 mit der Ziffer 30 und
die nachfoigenden Anzeigebereiche bei einer Drehung im Uhrzeigersinn überstreicht,
dann wechseln die dem Zeiger 10 gegenüberliegenden Bereiche auf die nachsthöhere
Ziffer in der Serie. In Fig. 4 weist der Zeiger auf den Wert 37m und hat zuvor die
Anzeigebereiche 17 und 18 überstrichen , so daß die gegenüberliegenden Bereiche
12 und 13 ihre Anzeige auf die Werte 55 und 60 uechselten. Wächst also der, Wert
der Eingangsvariablen dann wird der Anzeigebereich entsprechend zu dem tatsächlichen
Meßbereich verschoben, in den die Ziffern der Bereiche 11 bis 20 aufeinanderfolgend
ihre Anzeige verändern.
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Dies setzt sich fort, bis die Eingangsveränderliche über einen Wert
von 70m angestiegen ist, beispielsweise auf 71m gem. Fig. 5. Steht der Zeiger zwischen
den Werten 70 und 75m , dann umfassen die Bereiche 11 bis 20 die Ziffern 50 bis
95. Steigt jedoch der Anzeigewert über die Anzeige 75m an (Fig. 6) , dann wechselt
die Anzeige im oberen Bereich 11 von der Ziffer 50 auf die Ziffer 00,.welche den
Wert 100 repräsentiert. Bei einem weiteren Anwachsen der Anzcicwerte über 75m, d.h.
wenn sich der Zeiger 10 in der linken Hälfte der Skala bewegt, dann zeigen die Bereiche
11 bis 20 stets die Werte 55 bis 00 =1zog) an.
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Dies ist in Fig. 7 dargestellt, wo der Zeiger eine Tiefe von 93m anzeigt.
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Fallen die Werte der Eingangsvariablen ab, dann uerden die Ziffern
der Anzeigefelder 11 bis 20 in umgekehrter Reihenfolge wie zuvor beschrieben veränderte.
Bewegt sich also von der Anzeige nach Fig. 7 der Zeiger in der linken Hälfte zur
Anzeige von Werten über 75m,dann erfolgt keine
Veränderung der
Ziffernanzeige in den Bereichen 11 bis 20. Sobald jedoch der Zeiger den.untersten
Anzeigebereich 16 überstreicht, die Anzeige also unter 75m abfällt, dann ändert
sich die Anzeige im obersten Anzeigebereich 11 von der Zahl 00 zur Zahl 50. Dies
bedeutet also , daß derjenige Anzeigebereich, der zuvor die höchste-Ziffer angezeigt
hat, nunmehr eine Ziffer anzeigt, welche um 5 niedriger ist als die Ziffer die im
Uhrzeigersinn benachbarten Anzeigefeld wiedergegeben wird. Hierbei ändert sich jeweils
die Ziffernanzeige in demjenigen Anzeigefeld , welches dem Zeiger und dem von ihm
überstrichenen Anzeigefeld gegenüberliegt.
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Die Werte in den Anzeigebereichen gegenüber dem Zeiger fallen also
von der jeweils höchsten Ziffer in der angezeigten Serie auf die jeweils niedrigste
Ziffer. Auf diese Weise werden also die Werte des angezeigten Bereichs allmählich
in den tatsächlichen Bereich herabgeschoben. Dies setzt sich fort, bis der Anzeigewert,
der vom Zeiger 10 überstrichen wird, unter die Anzeige von 25m abfällt (Fig. 8)
, worauf dann die Bereiche 11 bis 20 eine Ziffernfolge zwischen 0 und 45 wiedergeben.
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Ein veiteres Abfallen der Werte bewirkt dann keine Veränderung der
in den Bereichen 11 bis 20 angezeigten Ziffern mehr, d.h. für diese niedrigen Werte
bleibt der angezeigte Bereich unverändert.
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Das Anzeigeinstrument erfasst also einen Tiefenmeßbereich zwischen
0 und 100m, wobei die Instrumentenskala jeweils denjenigen Meßbereich erfasst und
wiedergibt, welcher vom Zeiger 10 augenblicklich erfasst wird. Auf diese Weise kann
der angezeigte Bereich beträchtlich expandiert werden. Dies ermöglicht in der Praxis
eine Auflösung der visuellen Anzeige auf 25cm.
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Der Aufbau des tleßgeräts ist in Fig. 9 gezeigt. DaJ Gerät umfasst
eine Prozeßeinheit 50 velcher über die Leitung 51 Eingangssignale von einem externen
Tiefensensor 52 zugeführt werden. Die Prozeßeinheit 50 führt ein geeignetes Analogsignal
über die Leitung 53 einem Servomotor 54 zu. Die Abtriebswelle des Motors ist gekuppelt
mit einer Zeigerwelle 55 , velche durch eine Öffnung in der Mitte des Zifferblatts
1 hindurchgeführt ist. Die Welle-trägt an ihrem vorderen Ende den Zeiger 10.Auf
diese gleise dreht der Motor 54 den Zeiger 10 über das Zifferblatt 1 hinweg und
zuar mindestens zwei Umdrehungen in Übereinstimmung mit der Größe des Tiefensignals.
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Die Prozeßeinheit 50 erzeugt weiterhin Digitalsirnale, die über eine
Leitung 56 einer Skalenschaltereinhelt 57 zugeführt werden. In der Skalenschaltereinheit
57 sind Ziffern programmiert und gespeichert, welche jeweils von den Anzeigebereichen
11 bis 20 angezeigt werden sollen. Die Einheit 57 vergleicht den Einfang an der
Leitung 56 mit einem Satz gespeicherter Werte und erzeugt Ausgangssignale an 10
Ausgangsleitungen CO bis 69, velche den entsprechenden Anzeigetreiberschaltungen
@@ bis 79 bekannter Bauart zugeführt werden. Diese st-eu:rn die Anzeigebereiche
11 bis 20 an, wodurch ein Ziffern satz bei diesen Bereichen 11 bis 20 ange'zeigt'uird'
gesteuert über die Skalenschaltereinheit 57. tJird beispielsueise der Einheit 57
über die Leitung 56 ein Wert zugeführt, der einer Anzeige von weniger als 25m entspricht,
dann erzeugt die Schalteinheit 57 in den Leitungen 60 bis 69 Ausgangssignale, welche
den Ziffern 0,5,10,15,20, 25, 30, 35, 40 und 45 entspricht. Sinkt die gemessene
Tiefe auf 37m ab (siehe Fig. 4) dann werden Ausgangssignale an die Leitungen 60
bis 69 abgegeben, welche den Ziffern 50, 55, 60, 15, 20, 25, 30, 35, 4'0 tn1
45
entsprechen Falls die Anzeigebereiche in der Lage sind, drei oder mehr Ziffern anzuzeigen,
kann der tatsächliche Bereich des Instruments entsprechend erweitert werden. Das
Instrument kann auch so modifiziert sein, daß Werte verschiedener alternativer Vsriablen
angezeigt werden.
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Anstelle von Anzeigebereichen für jeweils fü-nf Einheiten können
auch andere Intervalle vorgesehen sein, beispielsveise ein Anzeigebereich bei jeweils
jeder zehnten Einheit.
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Es ist für jeden Anzeigebereich nicht wesentlich, daß eine Zahl wiedergegeben
wird. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, daß bei einem Anzeigebereich DZ.
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-feld keine Anzeige erfolgt bevor irgendeine änderung der anzuzeigenden
Ziffer vorgenommen wird. Beispielsveise können in Fig 4 die Anzeigefelder 13 und
14 keine Anzeige viedergeben, d.h. die Felder, welche die höchste und niedrigste
Ziffer anzeigen, werden freigelassen, bis sich der Zeiger um weitere fünf Einheiten
gedreht hat, uobei dann die ihm gegenüberliegenden Felder freigelassen werden während
das Feld 13 bzu. 14 die ihm zugeordnete Ziffer viedergibt. Hierdurch wird einmal
erreicht, daO der Anfangs und Cndpunkt der Skala mit einem Blick erfasst vird und
zum anderen wird vermieden, daß in einem Anzeige feld die dort angezeigte Ziffer
zuischen der höchsten und niedrigsten Ziffer hin- und herschaltet, venn der anzuzeigende
Wert des Zeigers oszilliert. Eine Anzeige bei den gegenüberliegenden Anzeigefeldern
ändert sich also erst dann, venn die Eingangsveränderliche um einen größerer Betrag
sich ändert.
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Bei dem Zeiger 10 braucht es sich nicht notuendiger weise um einen
körperlichen Zeiger handeln. Es ist auch möglich, daß der Zeiger 10 ersetzt ist
durch lichtemittierende Bauteile längs der Skala 2. Entsprechtid dem anzuzeigenden
Wert wird dann jeweils eines dieser lichtemittierenden Bauteile angesteuert.