双指针显示器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及指针显示器，其具有两个指针，其绕公共轴线转动并具有照亮的指针臂。第一指针元件可绕第一轴线转动并具有第一指针臂和第一杆，所述第一杆在所述第一轴线的方向上延伸且所述第一指针臂远离所述第一杆延伸以提供第一可视指示。第二指针元件可绕第二轴线转动并具有第二指针臂和第二杆，所述第二杆在所述第二轴线的方向上延伸且所述第二指针臂远离所述第二杆延伸以提供第二可视指示。所述第一轴线和所述第二轴线彼此重合。第一和第二驱动机构分别驱动所述第一和第二指针元件。所述第一驱动机构具有第一电动机和将所述第一电动机联接到所述第一轴的齿轮系。所述齿轮系具有输入齿轮和输出齿轮，所述输出齿轮连接到所述第一轴且所述输入齿轮将功率从所述第一电动机提供到所述输出齿轮以便转动所述第一轴。所述第二驱动机构具有驱动所述第二指针元件的转动的第二电动机。用于照亮所述指针臂的光学系统具有光源、光管和分光器，所述光管被构造为从所述光源接收光并将光传送到所述分光器。所述光管由所述第二轴提供且所述分光器被构造为划分所述第一和第二指针元件之间的光使得两个臂都由所述光源照亮。所述输出齿轮由所述第二轴上的轴承支撑。
【专利说明】双指针显示器
[0001]背景a.
【技术领域】
[0002]本发明涉及指针显示器，其具有两个指针，其绕公共轴线转动并具有照亮的指针臂。
[0003]b.相关技术
[0004]显示单元通常包含指针显示器，其具有从轴向延伸的可转动轴径向向外延伸的可转动照亮指针臂。轴由电动机驱动，其通常从显示区域的下方的视野中隐藏，指针臂在显示区域上方移动。光被引入指针臂的基底中并沿臂的长度被传送，这因此作为光管起作用。在其中照明被向前引导到显示单元的观看者的一种常见方法是借助于指针臂上的涂涂料的后表面。沿臂的长度，涂涂料的后表面向观看者散射一些光。
[0005]将光引入指针臂中的一种方便方法是指针轴也作为光管使用。光管轴可延伸穿过电动机，使得照亮源可将光引入光管的最后端面中。轴则包括用以将至少一些光从轴重新导向到指针臂中的镜或分光器。
[0006]本发明涉及一种指针显示器，其具有绕公共轴线转动的两个这样的照亮指针臂。这样的同轴指针显示器在本文中被称为双转动指针显示器。
[0007]这样的显示单元的实施例是汽车仪表，其是具有由同心驱动轴驱动的两个指针的时钟。在许多时钟中，这些轴联接在一起，以获得经过的小时和分钟的正确比率。然而，理想的是，如果指针臂(在这里是时钟的两个指针)每个通过其自己的控制电动机被独立移动。在汽车领域的另一个实施例是组合的燃料计和温度计，其具有共享公共轴线的两个独立指针。
[0008]在汽车应用中，使用具有两个同心轴的双输出电动机可能不经济或者不实际，且这种双输出电动机可能难以或不可能使用普通光源来照亮两个指针臂。
[0009]在专利文献US 2002/0108555A1中公开了布置这样的双转动指针显示器使得两个指针臂都用共同光源照亮的一种方法。在这种布置中，在显示区域后面有独立驱动两个可转动轴的两个并排电动机，其中第一个处于转动轴线上且其中第二个是管状并与转动轴线同心。第一轴驱动第一指针臂且第二轴驱动第二指针臂。光被引入轴向第一轴的后端面，其包括将成比例的光重新导向到两个指针臂内的分光器。
[0010]虽然这种双转动指针显示器为共享共同光源的两个照亮指针臂提供独立转动，但是这种布置在机械上是复杂的，需要两个独立的电动机单元，其中每个电动机单元都包括驱动相应轴的一部分上的齿轮的蜗杆驱动机构。
[0011]本发明的目的是提供用于独立转动共享共同光源的两个照亮指针臂的双转动指针显示器中的更方便和更经济的布置。
【发明内容】
[0012]根据本发明，提供了一种指针显示器，其用于向指针显示器的观看者提供第一可视指示和第二可视指示，指针显示器包括:
[0013]-第一指针元件，第一指针元件可绕第一轴线转动并包括第一指针臂和第一杆，第一杆在第一轴线的方向上延伸且第一指针臂远离第一杆延伸以提供所述第一可视指示；
[0014]-第二指针元件，第二指针元件可绕第二轴线转动并包括第二指针臂和第二杆，第二杆在第二轴线的方向上延伸且第二指针臂远离第二杆延伸以提供所述第二可视指示，并且第一轴线和第二轴线彼此重合，由此第一指针元件和第二指针元件绕公共轴线转动；
[0015]-第一驱动机构，其用于驱动第一指针元件的转动，第一驱动机构包括第一电动机和齿轮系，齿轮系将第一电动机联接到第一轴以驱动第一指针元件的转动，并且齿轮系包括输入齿轮和输出齿轮，输出齿轮连接到第一轴且输入齿轮将功率从第一电动机提供到输出齿轮以便使所述连接的输出齿轮和第一轴绕第一轴线转动；
[0016]-第二驱动机构，其用于驱动第二指针元件的转动，第二驱动机构包括第二电动机，第二电动机联接到第二轴以驱动第二指针元件的转动；
[0017]-光学系统，其用于向所述观看者照亮所述指针臂，所述光学系统包括光源、光管和分光器，光管被构造为从所述光源接收光并将所述光传输到分光器，光管由第二轴提供且分光器被构造为分开第一指针元件和第二指针元件之间的光使得第一指针臂和第二指针臂两者都由所述光照亮；
[0018]其中输出齿轮由第二轴上的轴承支撑。
[0019]第一轴优选借助于居间轴承由第二轴支撑。这简化了装置的结构，原则上需要较少的部件，以及帮助确保第一和第二轴的对准或同心。
[0020]轴承可以是具有光滑圆柱形界面的普通圆柱形轴承，然而，为了提供第一指针臂的低摩擦和平稳、无抖动的移动，优选的是轴承是滚动元件轴承。这种轴承有时被称为滚动轴承。这是一种类型的轴线承，其通过将多个圆形元件放置在两个轴承环之间来承载负荷。
[0021]这种轴承当然可包括一个或多个密封件，以保护滚动元件免受环境污染以便确保持续平稳操作。
[0022]圆形元件可以是圆柱体，但在本发明的优选实施方案中，滚动元件轴承是球轴承，其包括内座圈和外座圈之间的多个球。内座圈可以是第二轴的径向向外表面且外座圈可以是第一轴上的径向内表面。内座圈可相对于第二轴是静止的且外座圈然后可随连接的输出齿轮和第一轴的转动而转动。
[0023]第二轴优选包括提供光管的圆柱形主体。
[0024]内座圈然后优选附接到光管的外圆柱形表面。
[0025]第二轴的主体可具有连接或装配到第二轴的大致圆柱形轴环，该轴环然后为球轴承提供内座圈。
[0026]该圆柱形主体还可提供可具有光提取结构(feature)的分光器，光提取结构例如是围绕圆柱形主体的部分或全部周向地延伸的凹口。
[0027]第一指针臂优选具有外表面，其具有输入面，该输入面面向该光提取结构以用于接收由光提取结构散射或反射出第二轴的光。
[0028]光管优选具有外表面，其具有输入面，该输入面面向光源以用于接收由光源发射的光。
[0029]一旦光被引入每个指针臂中，光沿指针臂的长度被传送。本领域技术人员将理解，有许多已知的方法，其中该光然后可例如借助于结合到臂的材料中的荧光染料或光散射材料或借助于沿指针臂的长度的涂涂料或有纹理的后表面从指针臂内被重新导向，以将更可视的指示提供给显示器的观看者。
[0030]根据本发明，提供了一种参考附图或在附图中示出、基本如本文所述的指针显示器，其用于向所述指针显示器的观看者提供第一可视指示和第二可视指示。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]现在将仅通过举例的方式并参照附图进一步描述本发明，其中:
[0032]图1是根据本发明的优选实施方案的指针显示器中的部件的横截面示意图，其中一对可转动指针元件或构件每个都共享公共转动轴线且每个都具有指针轴和指针臂以用以向指针显示器的观看者提供两个可视指示；
[0033]图2是指针显示器的俯视图，其沿图1的I1-1I线截取，示出指针臂的转动布置和外指针轴如何由齿轮系从第一驱动电动机驱动和内指针轴如何由第二驱动电动机直接驱动；和
[0034]图3是沿图1的II1-1II线截取的横截面图，其示出齿轮系如何包括驱动输出齿轮以用于驱动外指针轴的输入齿轮，输出齿轮借助于球轴承组件被可转动地安装到内指针轴上。
【具体实施方式】
[0035]图1至图3示出用于向指针显示器的观看者提供第一可视指示和第二可视指示的指针显示器I的优选实施方案。指针显示器具有第一指针元件或构件2和第二指针元件或构件4。每个指针元件2、4可绕其自己的轴线转动，且这些轴线接近成实际上公共轴线6并因此彼此基本重合。指针元件2、4的共同转动轴线因此由图1中的单虚线6表示。
[0036]第一指针元件2包括第一指针臂8和第一杆10，且第二指针元件包括第二指针臂12和第二杆14。两个杆都在与指针元件2、4的共同转动轴线6平行的方向上延伸。两个指针臂8、12都以半透明(translucent)材料形成并在远离公共轴线6和远离它们各自的杆或轴10、14的径向方向上延伸，以相对于其上可有印刷刻度、标记或其它可视信息的显示区域16而提供独立可视指示。
[0037]虽然在图中未示出，但是该可见指示可通过本领域技术人员已知的方式(例如通过将荧光染料包括到形成指针臂8、12的半透明材料中或通过对臂的后表面13、15涂覆涂料)来提供。
[0038]指针显示器I包括用于驱动第一指针8的转动的第一驱动机构18，第一驱动机构包括第一电动机20 (其优选是步进电动机)，和齿轮系22。齿轮系将第一电动机20连结到第一轴10以驱动第一指针元件2转动。齿轮系包括输入齿轮24 (也称为驱动齿轮)和输出齿轮26 (也称为从动齿轮)。输出齿轮26连接到第一轴10且输入齿轮由可转动输出轴28从第一电动机20直接驱动。因此经由输入齿轮将功率从第一电动机提供到输出齿轮以便使第一轴绕公共轴线6转动。
[0039]指针显示器I还包括用于驱动第二指针元件14转动的第二驱动机构30，第二驱动机构包括第二电动机32 (其优选是步进电动机)。第二电动机连结到第二轴14以驱动第二指针元件4转动。
[0040]在这个实施例中，第二轴14沿其大致所有长度是圆柱形。第二电动机32是无轴电动机，其具有用于支撑第二轴14的圆柱形端36的圆形滑动轴承34。第二电动机还具有围绕第二轴的圆柱形外表面40连接的可转动驱动轴环38。第二电动机的轴承34和轴环38都与指针轴的公共轴线6同心。
[0041]在该实施例中，用于驱动第一轴10的齿轮系22包括带齿的轮24、26，其位于公共平面中。可采用其它类型的齿轮系，例如蜗轮，但是带齿的轮布置在该指针显示器中具有许多益处，而不是仅仅在较低成本方面。特别而言，带齿的轮相对于穿过啮合的齿轮的平面具有低高度轮廓。这有助于在平行于共同转动轴线6的方向上最小化第一驱动机构18的高度。
[0042]其次，一对带齿的轮24、26可容易地以任何合适齿轮比和任何合适半径来形成。带齿的轮的半径在本发明中是重要的，因为这允许第一驱动电动机20相对于公共轴线6并且还相对于第二驱动电动机32横向偏移。两个电动机的这种布置也有助于减少指针显示装置I在公共轴线6的方向上的高度。
[0043]在该实施例中，输出齿轮26借助于轴环42连接到第一轴10，该轴环42在指针臂
8、12的方向上远离齿轮系22的平面轴向地延伸。输出齿轮26是具有轴环42的单一或单件结构。在该实施例中，轴环和齿轮都以成型的、塑料材料制造。
[0044]如可从图1的横截面中看到，轴环42实际是第一杆10的延伸。因此，第一杆10具有与第一指针臂一体的上部分44。轴环42然后形成第一杆10的下部分，上和下第一杆部分在第一杆10的中间部分46重叠。以这种方式，轴环42和杆上部分44例如用粘合剂或通过摩擦配合连接在一起。
[0045]在第一杆的中间部分下方，第一杆上部分端部和轴环42的内半径增加。这些特征为轴承50 (在本实施例中是球轴承)提供轴环42和圆柱形第二杆之间的额外空间。轴承包括内座圈52，其由连接到第二杆14的外表面40的内轴环54提供。轴承的外座圈56由径向向内表面上的轴环42提供。多个钢球58 (在该实施例中是六个)被保持在座圈52、56之间。由于轴承的转动速度相对较低，所以滑润剂在轴承中不是必要的，尽管轴承的顶端和底端由保护环形密封构件59封闭(图1中示意地示出)。
[0046]在该布置中，输出齿轮26由第二杆14的轴环部分42上的轴承50支撑。
[0047]本发明还包括用于向观看者照亮指针臂的光学系统。该光学系统包括:光源60(在该实施例中是单白色发光二极管(LED)封装)；用于从LED传送光的光管62，光管是第二杆14的半透明材料；和分光器64，其用于将一些光从光管62横向导向到两个指针臂8、12。
[0048]LED光源60被示意地示于图1中。在实践中，LED光源可被安装在电路板上并被连接到适当的驱动和控制电路，从而在需要时(例如当车辆侧灯或前照灯已经被激活)光被提供给指针臂。
[0049]分光器64包括凹口 65,其完全围绕第二杆外表面40的周边延伸。凹口可以是V形。在使用时，凹口干扰光管62中在该点处的全内反射,使得一些光可横向逃脱，且一些这样的光然后由第二指针臂8的径向向内面66捕捉且然后沿第一指针臂的半透明材料的长度被传送，以便向显示器的用户照亮第一指针。
[0050]第二指针臂8的径向向内面66与第二杆外表面40分离开间隙67，这允许两个杆在不彼此摩擦的情况下转动。
[0051]未由凹口 65偏转的一些光沿第二杆的长度继续进行直到其撞击在分光器64的另一部分(其因此也包括第二杆14的上端中的表面68)上。表面68被设置为与公共轴线6成角度(例如45°角)，从而该反射光横向进入第一指针臂12以便向显示器的用户照亮第一指针。
[0052]光管62因此被构造为从光源60接收光并将该光传送到分光器64。光管由第二轴14提供且分光器被构造为分开第一和第二指针臂之间的光使得两个臂由光照亮。
[0053]指针显示器I还包括印刷电路板(PCB) 70。PCB具有相反的第一和第二侧71、72并包括多个电迹线(未不出)，其用于将电信号和/或电功率传送到第一和第二电动机20、
16。PCB的第一侧71离指针臂8、12和显示器的观看者最远，而第二侧72最靠近指针臂8、12和显不器的观看者。
[0054]PCB可方便地用于容纳相关联的电子元件，特别是用于控制第一电动机20和第二电动机32的操作的处理器75。
[0055]两个电动机都安装在PCB的第一侧71上。齿轮系22设置在印刷电路板的第二侧72上。第一轴和第二轴两者都分别朝向第一指针臂和第二指针臂在远离印刷电路板的第二侧的方向上延伸。
[0056]第二指针元件4的圆柱形主体14延伸通过PCB中的孔74以直接与第二电动机32的转动输出部38接合。
[0057]用于驱动第一指针8转动的第一驱动机构18优选地包括接近齿轮系22的齿轮的至少一个传感器80，其用于测量由第一驱动机构18所提供的转动程度。传感器可以是任何合适类型的传感器，例如红外或物理检测器。
[0058]在该实施例中，传感器80设置在PCB的第二侧72上并且被定位以感测齿轮齿82的通道。可替换地，可为此目的特别提供齿轮中的特征，诸如一个或多个孔、凹口、肋条或可使用检测器来检测的印刷或涂涂料的区域。
[0059]传感器80的输出被提供给处理器75，其使用从传感器接收的输出确定第一指针的转动位置。
[0060]第二驱动机构30还优选包括至少一个传感器84，其可以是任何合适类型的传感器，例如红外或物理检测器。在这个实施例中，有一个这样的第二传感器84，其与第二电动机集成并被示意地示于图1中。处理器75被布置为从第二传感器84接收输出以便使用所接收的输出确定第二指针的转动位置。
[0061]任一传感器可包括双检测器并作为正交传感器(quadrature sensor)起作用，使得处理器可独立于所应用于驱动电动机的输入来确定转动的方向。
[0062]本发明的一个优点是，这允许使用许多不同类型的传统电动机，其可具有取决于指针显示器的类型和所需的转动程度的不同特点和特征，其可包括达到360°操作的任何角度范围。
[0063]第一电动机的传动系22是相对便宜的结构，其包括两个齿轮，其中一个20是实心的(solid)而另一个26具有在其内集成的轴承50。这些齿轮可被定制来满足所使用的电动机类型。
[0064]通过使用一个电动机的输出轴作为由其它电动机驱动的齿轮的基准来确保绕公共轴线6的对准和同心。齿轮到齿轮的中心距离由印刷电路板上的电动机位置或允许实现非常好的公差的其它类似部件来控制。
[0065]可通过使用穿过无轴电动机的LED照亮的轴或通过经由另一个导光装置将光照耀到指针轴中来进行照亮。
[0066]双指针显示器I可以是任何类型的显示器，包括，例如，时钟、秒表或机动车仪表。
[0067]因此，本发明提供了双转动指针显示器中的方便和经济布置，其独立转动共享共同光源的两个照亮指针臂。
【权利要求】
1.一种指针显示器，其用于向所述指针显示器的观看者提供第一可视指示和第二可视指示，所述指针显示器包括: -第一指针元件，所述第一指针元件可绕第一轴线转动并包括第一指针臂和第一杆，所述第一杆在所述第一轴线的方向上延伸且所述第一指针臂远离所述第一杆延伸以提供所述第一可视指示； -第二指针元件，所述第二指针元件可绕第二轴线转动并包括第二指针臂和第二杆，所述第二杆在所述第二轴线的方向上延伸且所述第二指针臂远离所述第二杆延伸以提供所述第二可视指示，并且所述第一轴线和所述第二轴线彼此重合，由此所述第一指针元件和所述第二指针元件绕公共轴线转动； -第一驱动机构，其用于驱动所述第一指针元件的转动，所述第一驱动机构包括第一电动机和齿轮系，所述齿轮系将所述第一电动机联接到所述第一轴以驱动所述第一指针元件的转动，并且所述齿轮系包括输入齿轮和输出齿轮，所述输出齿轮连接到所述第一轴且所述输入齿轮将功率从所述第一电动机提供到所述输出齿轮，以便使所述连接的输出齿轮和所述第一轴绕所述第一轴线转动； -第二驱动机构，其用于驱动所述第二指针元件的转动，所述第二驱动机构包括第二电动机，所述第二电动机联接到所述第二轴以驱动所述第二指针元件的转动； -光学系统，其用于向所述观看者照亮所述指针臂，所述光学系统包括光源、光管和分光器，所述光管被构造为从所述光源接收光并将所述光传送到所述分光器，所述光管由所述第二轴提供且所述分光器被构造为在所述第一指针元件和所述第二指针元件之间分开所述光，从而所 述第一指针臂和所述第二指针臂两者都由所述光照亮； 其中所述输出齿轮由所述第二轴上的轴承支撑。
2.如权利要求1所述的指针显示器，其中所述轴承是滚动元件轴线承，其包括两个轴承环之间的多个圆形元件。
3.如权利要求2所述的指针显示器，其中所述轴承是滚动元件轴承是球轴承，其包括内座圈和外座圈之间的多个球。
4.如权利要求3所述的指针显示器，其中所述内座圈相对于所述第二轴是静止的且所述外座圈随所述连接的输出齿轮和第一轴的转动而转动。
5.如权利要求3或权利要求4所述的指针显示器，其中所述第二轴包括圆柱形主体，所述主体提供所述光管和附接到所述光管的外圆柱形表面的所述内座圈。
6.如权利要求3至5中任一项所述的指针显示器，其中所述内座圈是所述第一轴上的轴环。
7.如任何前述权利要求所述的指针显示器，其中所述第一轴具有圆柱形外表面，且所述输出齿轮被附接到所述第一轴的所述圆柱形表面。
8.如任何前述权利要求所述的指针显示器，其中所述第二轴在没有任何居间齿轮系的情况下由所述第二电动机的转动输出部直接驱动。
9.如任何前述权利要求所述的指针显示器，其中所述第二轴包括圆柱形主体，所述主体提供所述光管且所述分光器是光提取结构，所述第一指针臂具有外表面，该外表面具有输入面，该输入面面向所述光提取结构以用于接收通过所述光提取结构散射或反射出所述第二轴的光。
10.如权利要求9所述的指针显示器，其中所述光提取结构是围绕所述圆柱形主体的部分或全部周向地延伸的凹口。
11.如任何前述权利要求所述的指针显示器，其另外包括印刷电路板，所述印刷电路板具有相反的第一和第二侧并包括用于将电信号和/或电功率传送到所述第一电动机和所述第二电动机的多个电迹线，其中所述第一和第二电动机两者都安装在所述印刷电路板的所述第一侧上且所述齿轮系设置在所述印刷电路板的所述第二侧上，所述第一轴和所述第二轴两者都分别朝向所述第一指针臂和所述第二指针臂在远离所述印刷电路板的所述第二侧的方向上延伸。
12.如权利要求11所述的指针显示器，其中所述第二轴包括圆柱形主体，所述主体提供所述光管，其中所述圆柱形主体延伸通过所述印刷电路板中的孔以直接与所述第二电动机的转动输出部接合。
13.如权利要求11或权利要求12所述的指针显示器，其中所述第一驱动机构包括至少一个传感器和处理 器，所述传感器接近所述齿轮系的齿轮安装在所述印刷电路板上以用于感测一个所述齿轮的转动，所述处理器被布置为从所述传感器接收输出并使用所述接收的输出来确定所述第一指针元件的转动位置。
14.如权利要求13所述的指针显示器，其中所述第二驱动机构包括至少一个传感器，所述处理器被布置为从所述传感器接收输出并使用所述接收的输出来确定所述第二指针元件的转动位置。
15.如任何前述权利要求所述的指针显示器，其中所述光管具有外表面，该外表面具有面向所述光源以用于接收由所述光源发射的光的输入面。
16.如任何前述权利要求所述的指针显示器，其中所述第二指针元件是单件体。
17.如任何前述权利要求所述的指针显示器，其中所述第一电动机是步进电动机。
18.如任何前述权利要求所述的指针显示器，其中所述第二电动机是步进电动机。
【文档编号】G01D7/04GK104075743SQ201410119831
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2013年3月27日
【发明者】M·J·A·贝克尔, K·L·加利占, D·格力科 申请人:威斯通全球技术公司