DE10143164B4

DE10143164B4 - Potentiometer

Info

Publication number: DE10143164B4
Application number: DE10143164.3A
Authority: DE
Inventors: Reiner Schweinfurth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2021-09-05
Also published as: US20040041687A1; US6838973B2; DE10143164A1; WO2003028046A1; EP1428230A1; JP2005504302A

Abstract

Potentiometer mit mindestens einer Schleifbahn (11, 12) und einem Schleifer (13), der mindestens ein mit einer Kontaktfläche (20) auf der Schleifbahn (11, 12) aufliegendes, die Schleifbahn (11, 12) elektrisch kontaktierendes Kontaktelement (19) aufweist und so angeordnet ist, dass Schleifbahn (11, 12) und Schleifer (13) relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kontaktelement (19) zumindest im Bereich seiner Kontaktfläche (20) einen elektrisch leitenden Kern (21) und einen den Kern (21) umschließenden Edelmetallmantel (22) aufweist, wobei der Kern (21) und der Edelmetallmantel (22) stirnseitig bündig ausgeführt sind, so dass die ringförmige Stirnfläche des Edelmetallmantels (22) zusammen mit der Stirnfläche des Kerns (21) die Kontaktfläche (20) bilden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Potentiometer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei einem bekannten Potentiometer dieser Art ( DE 196 24 780 A1 ), das als Positionssensor zum Erfassen der Winkelstellung einer Drosselklappe im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine verwendet wird, weist der Schleifer einen Träger und zwei daran befestigte, federnde Schleifplättchen auf, die endseitig jeweils eine Kontaktbürste tragen, die ihrerseits den elektrischen Kontakt zu einer Schleifbahn aus Widerstandsmaterial herstellen. Von den beiden konzentrisch angeordneten Schleifbahnen ist die eine endseitig mit zwei Anschlußklemmen zum Anlegen einer Potentiometerspannung verbunden und die andere Schleifbahn ist mit ihrem einen Ende an einer Meßklemme angeschlossen, an der eine von den Schleifern abgegriffene Potentiometerspannung als Maß für die Relativlage von Schleifer und Schleifbahn abnehmbar ist. Da die Schleifbahn in einem Gehäuse eines Drosselklappenstutzens festgelegt ist und der Schleifer drehfest mit der Verstellwelle für die Drosselklappe verbunden ist, ist die an der Messklemme abgenommene Spannung ein Maß für die Drehstellung der Drosselklappe.
Aus der US 2001/0015689 A1 ist ein Potentiometer bekannt, das eine Schleifbahn und ein diese Bahn kontaktierendes Kontaktelement eines Schleifers aufweist, wobei relativ zueinander Bewegungen möglich sind. Der Schleifer kann beispielsweise aus Kupfer oder Stahl hergestellt und mit einem Edelmetallmantel beschichtet sein.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Potentiometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch den erfindungsgemäßen Aufbau des die Schleifbahn elektrisch kontaktierenden Kontaktelements aus einem elektrisch leitfähigen Kern und einem Edelmetallmantel, der üblicherweise hohe Anteil des zur elektrischen Kontaktierung verwendeten Edelmetalls reduziert wird, was eine Kosteneinsparung mit sich bringt. Durch die Ringfläche des Edelmetallmantels ist dabei sichergestellt, dass nach wie vor das die gute Kontaktierung gewährleistende Edelmetall auf der Schleifbahn aufliegt.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Potentiometers möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kontaktelement als ein Schleifdraht ausgebildet, der an seinem von der Kontaktfläche abgekehrten Ende auf einem Schleiferarm des Schleifers befestigt ist. Dies hat den Vorteil, dass durch den über die Länge des Schleifdrahts vorhandenen Edelmetallmantel auch trägerseitig eine zuverlässige Kontaktierung mit kleinem Übergangswiderstand hergestellt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Schleifdraht so abgewinkelt, dass der längere Schenkel am Träger befestigt ist und der kürzere Schenkel die Kontaktfläche aufweist. Dies hat den Vorteil, dass durch den langen Schenkel des abgewinkelten Schleifdrahts eine auf die Kontaktfläche wirkende Andruckkraft vom Draht selbst aufgebracht wird, die die elektrische Kontaktierung mit der Schleifbahn sicherstellt. Dies insbesondere dann, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Kern des Schleifdrahts aus Federdraht hergestellt wird, so daß dem Schleifdraht eine federnde Vorspannung aufgeprägt werden kann.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen.
1 eine Potentiometer in Anwendung als Positionssensor oder Drehwinkelgeber zum Erfassen der Drehwinkelstellung eines drehenden Bauteils,
2 ausschnittweise eine Unteransicht des Schleifers des Potentiometers in 1,
3 ausschnittweise einen Schnitt längs der Linie III-III in 1,
4 einen Schnitt eines Schleifdrahts des Schleifers des Potentiometers längs der Linie IV-IV in 3.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in der Zeichnung dargestellte Potentiometer dient als Positionssensor zum Sensieren der Drehstellung eines drehenden Bauteils. Bei Kraftfahrzeugen wird eine solcher Positionssensor zum Erfassen des Schwenkwinkels einer in einem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe, die das drehende Bauteil darstellt, verwendet. Ein das Potentiometer aufnehmendes Gehäuse 10 ist dabei am sog. Drosselklappenstutzen des Ansaugkanals befestigt, und die Antriebswelle für die Drosselklappe ist mit dem Potentiometer gekoppelt.
Das Potentiometer weist zwei Schleifbahnen 11, 12, von denen mindestens eine aus elektrischem Widerstandsmaterial besteht, und einen Schleifer 13 auf, der relativ zu den Schleifbahnen 11, 12 drehbar ist. Die beiden Schleifbahnen 11, 12 sind als Bogenabschnitte ausgeführt, die konzentrisch zueinander auf einer Grundplatte 14 aufgebracht sind, die ihrerseits fest im Gehäuse 10 aufgenommen ist. Der Schleifer 13 sitzt auf einer Drehwelle 15, die im Gehäuse 10 gelagert und im Falle der Verwendung des Potentiometers als Positionssensor zum Erfassen des Schwenkwinkels einer Drosselklappe mit der Stellwelle der Drosselklappe drehfest verbunden ist oder von der Stellwelle der Drosselklappe gebildet wird. Die Schleifbahn 11 ist mit ihrem vorderen und hinteren Ende über Leiterbahnen 111, 112 jeweils mit einer Anschlußklemme 16, 17 verbunden, während die Schleifbahn 12 lediglich mit ihrem vorderen Ende über eine Leiterbahn 121 mit einer Anschlußklemme 18 verbunden ist. Die Anschlußklemmen 16–18 sind zu hier nicht gezeigten Steckerstiften in einem Steckergehäuse 26 geführt. Die Steckerstifte werden so belegt, daß an die Anschlußklemmen 16 und 17 eine Potentiometerspannung gelegt sind und an der Anschlußklemme 18 die am Potentiometer abgegriffene Spannung abgenommen wird, die ein Maß für die Drehstellung des Schleifers 13 bzw. des mit diesem drehfest verbundenen Bauteils, z. B. der Drosselklappe, ist.
Der Schleifer 13 weist eine Mehrzahl von Kontaktelementen 19 auf, die mit einer Kontaktfläche 20 (4) auf den Schleifbahnen 11, 12 aufliegen. Die Vielzahl der Kontaktelemente 19 ist in zwei Gruppen 191 und 192 aufgeteilt, von denen die Gruppe 191 der Kontaktelemente 19 mit ihren Kontaktflächen 20 auf der Schleifbahn 11 und die Gruppe 192 der Kontaktelemente 19 mit ihren Kontaktflächen 20 auf der Schleifbahn 12 mit einem gewissen Anpreßdruck aufliegen. Alle Kontaktelemente 19 sind auf ihren von den Kontaktflächen 20 abgekehrten Ende elektrisch miteinander verbunden. Wie aus 4 ersichtlich ist, weist jedes Kontaktelement 19 zumindest im Bereich seiner Kontaktfläche 20, also an seinem auf der Schleifbahn 11 bzw. 12 aufliegenden Ende, einen elektrisch leitenden Kern 21 aus einem preiswerten Füllstoff eines leitfähigen Materials, wie Graphit, Kohlefaser und dgl., und einen den Kern 21 umschließenden Edelmetallmantel 22 auf. Kern 21 und Edelmetallmantel 22 sind stirnseitig bündig ausgeführt, so daß die ringförmige Stirnfläche des Edelmetallmantels 22 zusammen mit der Stirnfläche des Kerns 21 die Kontaktfläche 20 bildet.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jedes Kontaktelement 19 als ein langer Schleifdraht 23 ausgebildet, der an seinem von der Kontaktfläche 20 abgekehrten Ende auf einer elektrisch leitfähigen Trägerplatte 24, z. B. einem Trägerblech, befestigt ist. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Aufschweißen des Schleifdrahtendes auf die Trägerplatte 24. Die Trägerplatte 24 ist entweder an der Unterseite eines Schleiferarms 25 aus Kunststoff befestigt oder bildet selbst den Schleiferarm 25, der dann über eine Kunststoffbuchse mit der Drehwelle 15 drehfest verbunden ist. Wie 3 zeigt, ist jeder Schleifdraht 23 abgewinkelt und weist einen langen Schenkel 231, der endseitig auf der Trägerplatte 24 befestigt ist, und einen davon rechtwinkelig abstehenden kurzen Schenkel 232 auf, der an seinem Stirnende die Kontaktfläche 20 trägt. Um einen Anpreßdruck für die Kontaktfläche 20 auf der Schleifbahn 11 bzw. 12 zu erzielen, ist vorzugsweise der Kern 21 des Schleifdrahts 23 aus Federstahl hergestellt, der über die gesamte Schleifdrahtlänge von dem Edelmetallmantel 22 umschlossen ist. Durch eine geeignete Vorspannung des nunmehr federnden Schleifdrahts kann der gewünschte Aufpreßdruck der Kontaktfläche 20 auf die Schleifbahnen 11, 12 eingestellt werden. Jeder der Vielzahl von Schleifdrähten 23, die – wie beschrieben – in der Gruppe 191 die Schleifbahn 11 kontaktieren und in der Gruppe 192 die Schleifbahn 12 kontaktieren weisen einen Außendurchmesser von ca. 0,1 mm auf.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So genügt für die Funktion des Potentiometers nur eine einzige Schleifbahn, an die eine Potentiometerspannung angelegt ist. Die Meßspannung wird dann am Schleifer 13 abgenommen, der mit einem entsprechenden elektrischen Anschluß ausgeführt wird. Auch muß die Relativbewegung zwischen Schleifer 13 und Schleifbahnen 11, 12 keine Drehbewegung sein, sondern kann als Linearverschiebung ausgeführt werden. Anstelle des Schleifers 13 kann auch die die Schleifbahnen 11, 12 tragende Grundplatte verdreht oder linear verschoben werden, wobei der Schleifer 13 dann räumlich feststeht.

Claims

Potentiometer mit mindestens einer Schleifbahn (11, 12) und einem Schleifer (13), der mindestens ein mit einer Kontaktfläche (20) auf der Schleifbahn (11, 12) aufliegendes, die Schleifbahn (11, 12) elektrisch kontaktierendes Kontaktelement (19) aufweist und so angeordnet ist, dass Schleifbahn (11, 12) und Schleifer (13) relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kontaktelement (19) zumindest im Bereich seiner Kontaktfläche (20) einen elektrisch leitenden Kern (21) und einen den Kern (21) umschließenden Edelmetallmantel (22) aufweist, wobei der Kern (21) und der Edelmetallmantel (22) stirnseitig bündig ausgeführt sind, so dass die ringförmige Stirnfläche des Edelmetallmantels (22) zusammen mit der Stirnfläche des Kerns (21) die Kontaktfläche (20) bilden.
Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (21) aus einem Füllstoff aus leitfähigem Material besteht.
Potentiometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (19) als ein Schleifdraht (23) ausgebildet ist, der mit seinem von der Kontaktfläche (20) abgekehrten Schleifdrahtende an einem Schleiferarm (25) befestigt ist.
Potentiometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifdraht (23) abgewinkelt ist und einen langen Schenkel (231), der am Schleiferarm (25) befestigt ist, und einen vom langen Schenkel (231) abstrebenden kurzen Schenkel (232) aufweist, der die Kontaktfläche (20) trägt.
Potentiometer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der den Schleifdraht (23) durchziehende Kern (21) aus Federstahl hergestellt ist.
Potentiometer nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl paralleler Schleifdrähte (23) am Schleiferarm (25) befestigt sind und dass eine Gruppe (191, 192) von Schleifdrähten (23) der mindestens einen Schleifbahn (11, 12) zugeordnet ist.
Potentiometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schleifbahnen (11, 12) und mindesten zwei Gruppen (191, 192) von Schleifdrähten (23) vorgesehen sind, von denen jeweils eine Gruppe (191 bzw. 192) eine Schleifbahn (11 bzw. 12) kontaktiert.
Potentiometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Schleiferarm (25) eine elektrische Verbindung zwischen den Schleifdrähten (23) und den Gruppen (191, 192) von Schleifdrähten hergestellt ist.
Potentiometer nach einem der Ansprüche 3–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleiferarm (25) mit einer elektrisch leitfähigen Trägerplatte (24) versehen und die Befestigung der Schleifdrähte (23) auf der Trägerplatte (24) durch Schweissen vorgenommen ist.
Potentiometer nach einem der Ansprüche 3–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifdrähte (23) einen Aussendurchmesser von etwa 0,1 mm aufweisen.
Potentiometer nach einem der Ansprüche 1–10, gekennzeichnet durch seine Verwendung als ein die Relativlage zweier gegeneinander bewegbarer Bauteile erfassender Lagesensor.