-
Diese
Erfindung betrifft generell Kraftstoffstandssensoren von Kraftfahrzeugen,
genauer gesagt eine variable Widerstandseinheit für einen
Kraftstoffstandssensor.
-
Eine
variable Widerstandseinheit findet oft in Verbindung mit einem Kraftstoffstandssensor
Verwendung, um eine Änderung
des Kraftstoffstandes in einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges
zu detektieren. Eine typische variable Widerstandseinheit besitzt
einen Widerstand, der variabel ist, so dass sein Widerstandswert
durch die mechanische Bewegung eines Schleifelementes, das an einem
Schwimmer befestigt ist, welcher auf Änderungen des Kraftstoffstandes
im Kraftstofftank reagiert, verändert
werden kann. Diese typische variable Widerstandseinheit kann das
Schleifelement, eine Widerstandskarte einschließlich eines keramischen Substrates,
zwei separate Klemmen am Substrat und zwei separate und bogenförmige Widerstandsbereiche
auf dem Substrat, die an die Klemmen elektrisch angeschlossen sind,
umfassen. Die bogenförmigen
Widerstandsbereiche können
in eine Vielzahl von leitenden Kontaktsegmenten segmentiert sein.
Das Schleifelement überbrückt die
Widerstandsbereiche, um den variabeln Widerstand zu vervollständigen,
ist in Relation zur Widerstandskarte schwenkbar montiert und besitzt
einen oder mehrere Kontaktgeber, die die bogenförmigen Widerstandsbereiche
kontaktieren können,
wenn das Schleifelement diese überstreicht.
-
Ein
typischer Kraftstoffstandssensor besitzt einen Schwimmer, der über einen
Betätigungsarm am
Schleifelement der variablen Widerstandseinheit befestigt ist, um
den Widerstandswert des Widerstandes in Abhängigkeit von der Position des Schwimmers
zu verändern.
Wenn sich der Kraftstoffstand in einem Kraftstofftank ändert, können sich
das Schwimmerelement und der Betätigungsarm
bewegen und auf diese Weise bewirken, dass das Schleifelement über die
bogenförmigen
Widerstandsbereiche gleitet, um die wirksame Länge des variablen Widerstandes
zwischen den Klemmen zu verändern und
auf diese Weise den wirksamen Widerstand des variablen Widerstandes
zu variieren. In Abhängigkeit von
der Widerstandsänderung ändert sich
die Ausgangsspannung der Widerstandskarte und bewirkt somit eine
Veränderung – wie beispielsweise
von „voll" auf „leer" – in einer entfernt angeordneten
Kraftstoffstandsanzeige.
-
Im
Gebrauch können
existierende Kraftstoffstandssensoren Nachteile aufweisen. Beispielsweise können sich
existierende Kraftstoffstandssensoren fehlerhaft verhalten, wenn
der Kontaktgeber eines Schleifelementes zwischen benachbarte leitende Kontaktsegmente
des Widerstandsbereiches tritt und nur für einen Augenblick mit diesen
außer
Kontakt tritt.
-
Mit
anderen Worten, ein Teil des variablen Widerstandes wird nur für einen
Augenblick geöffnet oder
unterbrochen, wodurch Spannungsspitzen vom Kraftstoffstandssensor
einem Kraftstoffstandsanzeiger zugeführt werden. Ein anderes Problem
betrifft das „Einfangen" von Kontaktgeberecken
des Schleifelementes an winkligen leitenden Kontaktsegmenten eines
bogenförmigen
Widerstandsbereiches. Wenn ein Schleifelement den Widerstandsbereich überstreicht,
können
die scharfen Ecken der Kontaktgeber an den winkligen leitenden Kontaktelementen „eingefangen" werden, was zu einer
geräuschvollen Funktionsweise
des variablen Widerstandes führt.
-
Eine
variable Widerstandseinheit für
einen Kraftstoffstandssensor umfasst einen Widerstandsbereich und
ein Schleifelement, das den Widerstandsbereich überstreicht, während ein
kontinuierlicher Kontakt damit aufrechterhalten wird, um die Erzeugung
eines offenen Stromkreises in Bezug auf den Widerstand zu verhindern.
Der Widerstandsbereich besitzt eine Vielzahl von radial orientierten
und voneinander beabstandeten leitenden Kontaktsegmenten, und das
Schleifelement besitzt einen Arm und mindestens zwei Kontaktgeber,
die vom Arm getragen werden. Die Kontaktgeber sind so am Arm angeordnet,
dass sie zusammen mindestens zwei benachbarte Segmente der Vielzahl
der radial orientierten und voneinander beabstandeten leitenden
Kontaktsegmente in einem bestimmen Augenblick kontaktieren, so dass
die Kontaktgeber zusammen mit einem ersten Kontaktsegment der mindestens
zwei benachbarten Segmente in Kontakt treten, bevor sie zusammen
den Kontakt mit einem zweiten Kontaktsegment der mindestens zwei
benachbarten Segmente un terbrechen, so dass auf diese Weise ein
offener Stromkreis der variablen Widerstandseinheit verhindert wird.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei Kontaktgeber seitlich versetzt
zueinander und/oder unter einem Winkel relativ zu den radial orientierten
leitenden Kontaktsegmenten angeordnet.
-
Mindestens
einige der Ziele, Merkmale und Vorteile, die von mindestens bestimmten
Ausführungsformen
der Erfindung erreicht werden können, betreffen
die Schaffung einer variablen Widerstandseinheit, die ohne weiteres
an verschiedenartige Flüssigkeitsstandssensoren
angepasst werden kann, die Verhinderung eines offenen Stromkreises
dieser Sensoren, die Minimierung der Verwendung von relativ teuren
Edelmetallen und die Schaffung einer relativ einfachen Konstruktion,
die wirtschaftlich hergestellt und montiert werden kann, robust,
dauerhaft, zuverlässig
ist und eine lange nutzbare Lebensdauer aufweist.
-
Natürlich sind
auch andere Ziele, Merkmale und Vorteile angesichts dieser Offenbarung
für den Fachmann
offensichtlich. Auch verschiedene andere Vorrichtungen, die die
Erfindung verkörpern,
können mehr
oder weniger die genannten Ziele, Merkmale oder Vorteile erreichen.
-
Die
Erfindung geht aus den unabhängigen Patentansprüchen hervor.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Diese
und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich
aus der nachfolgenden detaillierten Be schreibung von bevorzugten Ausführungsformen
in Verbindung mit der Zeichnung. Hiervon zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht eines Fahrzeuges, das einen Kraftstofftank
aufweist, der mit einem Kraftstoffpumpenmodul versehen ist, welcher
eine beispielhafte Ausführungsform
eines Kraftstoffstandssensormechanismus umfasst;
-
2 eine
vergrößerte perspektivische
Teilansicht des Kraftstoffpumpenmoduls, die den Kraftstoffstandssensormechanismus
zeigt;
-
3 eine
Draufsicht auf eine beispielhafte Widerstandskarte des Kraftstoffstandssensormechanismus
der 2;
-
4 eine
Vorderansicht eines Schleifelementes, das von einem Schleifelementsattel
des Kraftstoffstandssensormechanismus der 1 getragen
wird;
-
5 eine
Endansicht des Schleifelementsattels und Schleifelementes der 4,
wobei das Schleifelement in Ablenkung auf seine Arbeitshöhe, als
wenn es mit der Widerstandskarte in Kontakt wäre, dargestellt ist;
-
6 eine
vergrößerte Seitenansicht
eines Kontaktgebers des Schleifelementes der 3;
-
7 eine
Draufsicht eines Schleifelementes des Standes der Technik, das geradlinige
und ausgerichtete Kontaktgeber aufweist;
-
8 eine
schematische Teilansicht der geradlinigen und ausgerichteten Schleifelementkontaktgeber
des Standes der Technik, die einen teilweisen gezeigten Widerstandsbereich
einschließlich
benachbarter leitender Kontaktsegmente überlagern;
-
9 eine
schematische Ansicht von Kontaktgebern des beispielhaften Schleifelementes
der 3, die gestaffelt oder seitlich versetzt angeordnet sind,
und einen Widerstandsbereich, der benachbarte leitende Kontaktsegmente
umfasst, überlagern;
-
10 eine
Draufsicht eines anderen beispielhaften Schleifelementes;
-
11 eine
schematische Ansicht von winklig ausgebildeten Kontaktgebern des
anderen Schleifelementes der 10, die
einen Widerstandsbereich überlagern,
welcher benachbarte leitende Kontaktsegmente umfasst;
-
12 eine
Draufsicht auf noch ein anderes beispielhaftes Schleifelement; und
-
13 eine
schematische Ansicht der Kontaktgeber eines anderen beispielhaften
Schleifelementes, die winklig ausgebildet und gestaffelt angeordnet
sind und einen Widerstandsbereich überlagern, der benachbarte
leitende Kontaktsegmente aufweist.
-
Es
wird nunmehr im einzelnen auf die Zeichnung Bezug genommen. 1 zeigt
schematisch ein Fahrzeug 10 mit einer Kraftstofftankeinheit 12 zum Lagern
von flüssigem
Kohlenwasserstoffkraftstoff 14 und zum Zuführen des
Kraftstoffes 14 durch eine Kraftstoffleitung 16 zu
einem Verbrennungsmotor 18, der das Fahrzeug 10 mechanisch
antreibt. Die Kraftstofftankeinheit 12 besitzt einen Kraftstofftank 20 zum
Aufnehmen des Kraftstoffes 14 und einen Kraftstoffpumpenmodul 22,
der im Kraftstofftank 20 montiert ist und Kraftstoff 14 vom
Kraftstofftank 20 dem Motor 18 zuführt. Der
Kraftstoffpumpenmodul wird von einer Fahrzeugbatterie 24 über Leitungen 26 elektrisch
angetrieben. Der Kraftstoffpumpenmodul 22 umfasst ferner
einen Kraftstoffstandssensor 28 zum Abtasten des Standes
des Kraftstoffes 14 im Kraftstofftank 20 und zum
Abgeben eines Signals über
Leitungen 30, das den Kraftstoffstand anzeigt, an einen
Kraftstoffstandsanzeiger 32 zur Beobachtung oder zum Gebrauch
durch einen Fahrzeuglenker im Passagierabteil des Fahrzeuges 10.
-
Wenn
der Kraftstoffpumpenmodul 22 vollständig am Kraftstofftank 20 montiert
ist, steht ein Flansch 34 des Moduls 22 in abgedichteter
Weise mit einer Öffnung 36 in
einer Kraftstofftankwand 38 in Eingriff und ist der Kraftstoffpumpenmodul 22 im Kraftstofftank 20 vom
Flansch 34 über einen
oder mehrere Pfosten 40 und ein Gehäuse 42 aufgehängt. Das
Gehäuse 42 hat
einen Kraftstoffeinlass 44, um den Kraftstoff 14 im
Kraftstofftank 20 zu einem Kraftstofffilter 46 zu
leiten, der mit dem Kraftstoffeinlass 48 einer Kraftstoffpumpe 50 in
Verbindung steht. Die Kraftstoffpumpe 50 besitzt einen
Kraftstoffauslass 51, der an ein Auslassrohr 52 angeschlossen
ist, welches über
ein Kraftstoffzuführfitting 54 des
Flansches 24 mit der Kraftstoffleitung 16 in Verbindung
steht. Elektrische Leitungen 55, 56 mit zugehörigen Verbindern 58 erstrecken
sich durch den Flansch und versorgen einen Elektromotor 60,
der die Kraftstoffpumpe 50 antreibt, und den Kraftstoffstandssensor 28 mit elektrischem
Strom.
-
Wie
ferner in 1 gezeigt ist, umfasst der Kraftstoffstandssensor 28 vorzugsweise
einen Abstreiferelement-Schwimmer-Mechanismus 62,
der einen länglichen
Schwimmerarm 64 besitzt, welcher ein Basisende 66 aufweist,
das etwa rechtwinklig abgebogen ist und schwenkbar von einer Sensorbasis 68 gelagert
wird. Ein distales Schwimmerende 70 des Schwimmerarmes 64 ist
ebenfalls etwa rechtwinklig abgebogen und trägt schwenkbar einen hohlen
Schwimmer 72 aus Kunststoff. Der Schwimmer 72 kann
generell planar und rechteckig oder zylindrisch ausgebildet sein
und schwimmt auf der Oberfläche
des Kraftstoffes 14, der im Kraftstofftank 20 enthalten
ist. Die Länge
des Schwimmerarmes 64 wird durch die Form oder Tiefe des
Kraftstofftanks 20 vorgegeben und sollte ausreichen, damit
der Schwimmer auf der Oberfläche
des Kraftstoffes 14 zwischen einer Maximalhöhe und Minimalhöhe (d.h.
zwischen einem vollen und leeren Zustand des Kraftstofftanks) schwimmen
kann. Wenn sich der Kraftstoff stand ändert, steigt oder senkt sich
der Schwimmer 72 zusammen mit der Oberfläche des
Kraftstoffes 14, so dass der Schwimmerarm 64 um
das Basisende 66 verschwenkt wird und auf diese Weise an
einem elektrisch leitenden Schleifelement oder Kontaktgeber (nicht
gezeigt) über
einen Teil des Kraftstoffstandssensors 28 gleitet, diesen überstreicht
oder auf diesem schleift, um das Kraftstoffstandssignal zu erzeugen,
das von den Leitungen 56 und Drähten 30 dem Kraftstoffstandsanzeiger 32 zugeführt wird.
-
Wie
die 2 und 3 zeigen, besitzt der Kraftstoffstandssensor 28 eine
variable Widerstandskarte 74, die von der Sensorbasis 68 getragen
wird und aus einem keramischen Substrat 76 besteht, das mit
variablen Widerstandselementen bedruckt ist. Die Leitungen 56 sind
mit leitenden Anschlussflächen 78, 79 verlötet, die
auf das keramische Substrat 76 gedruckt sind. Die variable
Widerstandskarte 74 besitzt ferner die Widerstandsbereiche 82,
die auf das keramische Substrat 76 gedruckt sind und halbkreisförmig oder
bogenförmig
ausgebildet sind und vorzugsweise konzentrisch in Bezug auf die Schwenkachse
des Schwimmerarmes 64 angeordnet sind. Der Begriff „bogenförmig" umfasst alle Formen,
die einen im wesentlichen ununterbrochenen Kontakt mit einem Kontaktgeber
ermöglichen,
der sich drehbar um den Bogen bewegt. Alternativ dazu können die
Widerstandsbereiche 82 auch irgendeine andere geeignete
Form und/oder Konfiguration besitzen. Erste und zweite Printleitungen
oder elektrisch leitende Bahnen 80, 81 sind auf
das keramische Substrat 76 gedruckt, um die leitenden Anschlussflächen 78, 79 mit
den Widerstandsbereichen 82 elektrisch zu verbinden.
-
Die
Widerstandsbereiche 82 umfassen einen leitenden ersten
Kontaktbogen 84 und einen leitende zweiten Kontaktbogen 86.
Die Kontaktbögen 84, 86 sind
vorzugsweise segmentiert, um eine Vielzahl von leitenden Kontaktsegmenten 88, 90 zu
bilden, die durch offene Räume
voneinander getrennt sind. Die Bögen 84 und 86 haben
vorzugsweise einen gemeinsamen Mittelpunkt C, der den Schwenkpunkt
des Schwimmerarmes 64 bildet. Imaginäre radiale Linien 83 und 85 entsprechen
den Segmenten 87 des ersten Kontaktbogens 84 und
den Segmenten 88 des zweiten Kontaktbogens 86,
um zu zeigen, dass die Segmente in Bezug auf den Mittelpunkt C radial
orientiert sind. Ferner ist eine Reihe von leitenden Testanschlussflächen 82 als
Herstellhilfe in elektrischer Verbindung mit den Widerstandsbereichen 82 angeordnet,
wie es für
den Fachmann auf diesem Sektor bekannt ist. In entsprechender Weise
sind seitlich gegenüberliegende
leitende Kontaktsegmente an den gegenüberliegenden Enden der Kontaktbögen 84, 86 größer als
die anderen leitenden Kontaktsegmente 88, 90 dazwischen
und können
als Testanschlussflächen
sowie als leitende Kontaktsegmente 88, 90 Verwendung
finden, wie dies ebenfalls bekannt ist.
-
Die
Widerstandsbereiche 82 umfassen ferner Widerstandsbahnen 89, 91,
die den Kontaktbögen 84, 86 entsprechen,
wobei die Vielzahl der leitenden Kontaktsegmente 88, 90 mit
den entsprechenden Widerstandsbahnen 89, 91 elektrisch
in Verbindung steht. Wie dem Fachmann bekannt ist, ermöglichen
daher die Widerstandsbahnen 89, 91 eine inkrementelle
Vergrößerung des
effektiven Widerstandes der Kontaktbögen 84, 86 von
den Enden der Bögen 84, 86,
die an die Printleitun gen 80, 81 angeschlossen
sind, bis zu gegenüberliegend
angeordneten anderen Enden.
-
Der
zweite Kontaktbogen 86 entspricht dem ersten Kontaktbogen 84 und
ist mit radialem Abstand innerhalb desselben angeordnet, so dass
ein elektrisches Schleifelement 94, das auf der Unterseite
eines nichtleitenden Schleifelementsattels 96, der vom Schwimmerarm 64 getragen
wird, montiert ist, einen Abschnitt des zweiten Kontaktbogens 86 mit
einem vorgegebenen leitenden Kontaktsegment 88 des ersten
Kontaktbogens 84 oder mehreren dieser Kontaktsegmente kontaktiert
und elektrisch überbrückt, wenn
der Schwimmerarm 64 die Karte 74 überstreicht,
wenn der Schwimmer 72 auf Änderungen des Kraftstoffstandes
anspricht. Die Bahnen 80, 81 treten nicht mit
dem Schleifelement 94 in Kontakt. Der Fachmann erkennt,
dass jeder der Kontaktbögen 84, 86 auch
als relativ kontinuierlicher leitender Kontaktbogen und nicht als
segmentierter Kontaktbogen vorgesehen sein kann. In jedem Fall umfasst
der variable Widerstand der variablen Widerstandskarte 74 im
wesentlichen die Widerstandsbereiche 82 und das Schleifelement 94.
-
Die
verschiedenen Elemente der variablen Widerstandskarte 74 können unter
Anwendung irgendeines dem Fachmann bekannten Verfahrens hergestellt
werden, wie beispielsweise der Ablagerung von geschmolzenem Material,
dem chemischen Ätzen
und/oder dem Überziehen
des keramischen Substrates 76, dem Befestigen oder Verbinden
von separat hergestellten Elementen am bzw. mit dem keramischen
Substrat 76 u.ä.
In jedem Fall bestehen die ersten und zweiten Kontaktbögen 84 und 86 und insbesondere
die Vielzahl der leitenden Kontaktsegmente 88, 90 alle
vorzugsweise aus einem leitenden Dickfilmmaterial, wie Dupont® 7484
oder 4597 o.ä. Die
Widerstandsbahnen 89, 91 bestehen vorzugsweise
zusätzlich
aus einer Dickfilmwiderstandsglasur, beispielsweise aus der Reihe
Dupont® 2000
o.ä., die
als Deckschicht über
radial äußere Abschnitte
der leitenden Kontaktsegmente 88 und über radial innere Abschnitte
der anderen leitenden Kontaktsegmente 90 abgeschieden ist.
-
Die 4 und 65 zeigen
das vom Schleifelementsattel 96 getragene Schleifelement 94 des
Kraftstoffstandssensormechanismus 63. Der Schleifelementsattel 96 besteht
vorzugsweise aus irgendeinem geeigneten elektrisch nicht leitenden
Material, wie einem Acetal-Kunststoffmaterial oder irgendeinem anderen
geeigneten Polymermaterial, und umfasst eine zylindrische Nabe 100,
die eine Schwenkachse des Sattels 96 bildet und diametral
gegenüberliegende Halterarme 102 aufweist,
die sich von der Nabe aus erstrecken. Der Schleifelementsattel 96 umfasst
ferner einen Arm 104, der sich radial von der Nabe 100 aus
erstreckt und den Sattel 96 am Schwimmerarm 64 über elastische
Zacken 106 befestigt, die sich in Axialrichtung vom Arm 104 erstrecken.
Der Arm 104 besitzt einen Schleifelementsalter 108,
der einstückig mit
einem Mittelabschnitt des Armes 104 ausgebildet ist und
sich in Querrichtung hiervon erstreckt. Der Schleifelementhalter 108 endet
in einer integrierten erhabenen Schulter 110. Vorzugsweise
ist das Schleifelement 94 in die erhabene Schulter 110 des Sattels 96 einsatzgeformt,
kann jedoch auch in irgendeiner anderen geeigneten Weise hieran
befestigt sein.
-
Das
Schleifelement 94 besteht vorzugsweise aus gestanztem Metall,
wie einer Kupferlegierung oder irgendeinem anderen geeigneten leitenden
Material, und umfasst einen gegabelten Schleifarm 112 mit
einem Basisabschnitt 114, der radial beabstandete Zinken 116, 118 des
Armes 112 verbindet. Ein erster Zinken 116 entspricht
dem ersten Kontaktbogen 84 des variablen Widerstandes,
ein zweiter Zinken 118 entspricht dem zweiten Kontaktbogen 86 des
variablen Widerstandes. Der erste Zinken 116 ist in einen
ersten und zweiten Finger 120, 122 gegabelt, die einen
radialen Abstand voneinander aufweisen und einen ersten und zweiten
Kontaktgeber 124, 126 tragen. In entsprechender
Weise ist der zweite Zinken 118 in radial beabstandete
Finger 130, 132 gegabelt, die einen ersten und
zweiten Kontaktgeber 134, 136 tragen. Wie am besten
in 5 gezeigt, werden bei der Montage die Zinken 116, 118 des
freikragenden Schleifelementes 94 in ihrer Arbeitsposition
oder Höhe
in einer Richtung zum Arm 104 hin elastisch verbogen oder
abgelenkt.
-
Wie
die 4 und 5 zeigen, besitzen die Kontaktgeber 124, 126, 134, 136 vorzugsweise die
gleiche oder im wesentlichen die gleiche Größe und sind nicht zueinander
ausgerichtet, sondern seitlich oder in Umfangsrichtung in einer
Richtung versetzt, die sich im wesentlichen quer zu einer Radiallinie
R erstreckt, welche von einem Mittelpunkt C' der Nabe 100 ausgeht. Vorzugsweise
ist der erste Finger 120 des ersten Zinkens 116 länger als
der zweite Finger 122. In jedem Fall ist der erste Kontaktgeber 124 des
ersten Zinkens 116 in Bezug auf den zweiten Kontaktgeber 126 gestaffelt
oder seitlich gegenüber diesem
versetzt, während
der erste Kontaktgeber 134 des zweiten Zinkens 118 in
Bezug auf den zweiten Kontaktgeber 136 gestaffelt oder
seitlich gegenüber
diesem versetzt ist. Der Zweck dieser Maßnahme wird nachfolgend im
einzelnen beschrieben.
-
Wie
am besten in 6 durch die repräsentativen
ersten Kontaktgeber 122 des ersten Zinkens 116 gezeigt,
besitzt jeder Kontaktgeber eine Primärkrümmung 140 und Eckenkrümmungen 142.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis
der Primärkrümmung 140 zu
den Eckenkrümmungen 142 in
der Größenordnung
von etwa 4 bis 1, kann jedoch auch in geeigneter Weise geringer
oder größer sein.
Die Primärkrümmung 140 soll
mit den leitenden Kontaktsegmenten des entsprechenden Kontaktbogens
in Kontakt stehen. Vorzugsweise besteht jeder Kontaktgeber 124, 126, 128, 130 aus
einer Edelmetalllegierung oder einem Edelmetall, wie Gold, Platin
und/oder ähnlichem,
kann jedoch auch aus irgendeinem anderen geeigneten leitenden Material
bestehen. Ferner ist jeder Kontaktgeber 124, 126, 128, 130 mit
dem Arm 112 verschweißt
oder verlötet.
Es kann jedoch auch irgendein anderes geeignetes Befestigungsverfahren
zur Anwendung gelangen, mit dem jeder Kontaktgeber fest am Arm 121 angebracht
wird und das für
eine gute elektrische Leitfähigkeit
hierzwischen sorgt.
-
7 zeigt
ein Schleifelement 294 des Standes der Technik, das einen
gegabelten Schleifelementarm 312 mit einem Basisabschnitt 314 aufweist, der
voneinander beabstandete Zinken 316, 318 des Armes 312 verbindet.
Der erste Zinken 316 ist in voneinander beabstandete Finger 320, 322 gegabelt,
die einen ersten und zweiten Kontaktgeber 324, 326 tragen.
In entsprechender Weise ist der zweite Zinken 318 in voneinander
beabstandete Finger 330, 332 gegabelt, die einen
ersten und zweiten Kontaktgeber 334, 336 tragen.
Sämtliche
Kontaktgeber 324, 326, 334, 336 besitzen
die gleiche oder im wesentlichen die gleiche Größe und sind zueinander ausgerichtet und
nicht gestaffelt oder seitlich versetzt angeordnet.
-
8 zeigt
das Problem des offenen Stromkreises beim Stand der Technik. Wie
gezeigt, überlagern
die Kontaktgeberflächen
oder „Fußabdrücke" der beiden Kontaktgeber 324, 326 einen
Kontaktbogen 284 einschließlich benachbarter leitender
Kontaktsegmente 288. Die Kontaktgeber 324, 326 sind entlang
einem Radius oder einer radialen Linie 283' ausgerichtet und zwischen den
benachbarten Segmenten 288 angeordnet, anstatt diese zu überlappen.
Wie gezeigt, können
daher eine oder mehrere Lücken
zwischen den Kontaktgebern 324, 326 und den Segmenten 288 vorhanden
sein, wenn die Kontaktgeber 324, 326 dazwischen
fallen und sich nur für einen
Augenblick außer
Kontakt mit den benachbarten Segmenten 288 befinden. Mit
anderen Worten, der Zinken 316 ist mindestens für einen
Augenblick von den Segmenten 288 des Kontaktbogens 284 elektrisch
leitend getrennt, so dass der variable Widerstand für einen
Augenblick geöffnet
oder unterbrochen wird, wodurch Spannungsspitzen verursacht werden.
Das gleiche Problem trifft auf die Kontaktgeber 334, 336 und
Finger 330, 332 des anderen Zinkens 318 zu,
wie in 7 gezeigt.
-
Das
Problem des offenen Stromkreises ist besonders in Fällen vorherrschend,
bei denen die Kontaktgeber 324, 326 auf eine der
Eckkrümmungen „gerollt" worden sind und
nicht den Kontakt zwischen der Primärkrümmung und den Segmenten des Kontaktbogens
aufrechterhalten, so dass sich ein kleinerer Fußabdruck für einen Kontakt mit dem entsprechenden
Kontaktbogen ergibt. Eine Lösung
für dieses
Problem besteht einfach darin, die Größe der Kontaktgeber 324, 326 zu
erhöhen,
um zu verhindern, dass die Kontaktgeber 324, 326 zwischen
die benachbarten Segmente fallen. Da jedoch die Kontaktgeber aus
relativ teuren Edelmetallen bestehen, ist diese Lösung relativ
teuer und somit nicht optimal.
-
9 zeigt
die Kontaktgeberflächen
oder „Fußabdrücke" von zwei Kontaktgebern 124, 126,
die den Kontaktbogen 84 überlagern, welcher benachbarte
leitende Kontaktsegmente 88 aufweist. Bei dieser beispielhaften
Ausführungsform
ist es wünschenswert,
die Kontaktgeber 124, 126 am Zinken 116 so
anzuordnen, dass sie sich immer zusammen in Kontakt mit zwei benachbarten
Segmenten 88 des Kontaktbogens 84 befinden. Mit
anderen Worten, zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt steht mindestens einer
der Kontaktgeber 124, 126 mit einem ersten Segment
der beiden benachbarten Segmente 88 in Kontakt und mindestens
einer der Kontaktgeber 124, 126 mit einem zweiten
Segment der beiden benachbarten Segmente 88 in Kontakt,
so dass die Kontaktgeber 124, 126 zusammen mit
dem ersten Kontaktsegment in Kontakt treten, bevor sie zusammen
den Kontakt mit dem zweiten Kontaktsegment unterbrechen. Daher befindet
sich der Zinken 116 immer in Kontakt mit mindestens einem
der Segmente 88 des Kontaktbogens 84. Das gleiche
trifft auf die Kontaktgeber 134, 136 und Finger 130, 132 des
anderen Zinkens 118 zu, so dass auf diese Weise ein offener Stromkreis
des variablen Widerstandes verhindert wird. Wie gezeigt, sind die
Kontaktgeber 124, 126 quadratisch in Bezug auf
eine imaginäre
Linie 83' angeord net,
die sich radial zwischen den benachbarten Segmenten 88 erstreckt.
-
10 zeigt
ein anderes Schleifelement 494, das so ausgebildet ist,
dass es verhindert, dass Kontaktgeber zwischen benachbarte Schleifelementsegmente
fallen, und trotzdem die Verwendung von relativ kleinen und weniger
teuren Kontaktgebern ermöglicht.
Das Schleifelement 494 umfasst einen gegabelten Schleifelementarm 512 mit
einem Basisabschnitt 514, der voneinander beabstandete
Zinken 516, 518 des Armes 512 verbindet.
Der erste Zinken 516 ist in winklig voneinander beabstandete
Finger 520, 522 gegabelt, die einen ersten und
zweiten Kontaktgeber 524, 526 tragen. In entsprechender
Weise ist der zweite Zinken 518 in winklig beabstandete
Finger 530, 532 gegabelt, die einen ersten und
zweiten Kontaktgeber 534, 536 tragen.
-
Die
Finger 520, 522, 530, 532 sind
vorzugsweise unter einem Winkel A von etwa 13° in Bezug auf eine oder mehrere
seitlich verlaufende Achsen L, L' des
Schleifelementes 494 gebogen. Die Finger können jedoch
auch unter einem Winkel zwischen 10 und 15° oder 5 und 30 ° oder unter
irgendeinem anderen geeigneten Winkel abgebogen sein. Alternativ dazu
wird vorgeschlagen, die Kontaktgeber 524, 526, 534, 536 abzuwinkeln
und die Finger 520, 522, 530, 532 geradlinig,
jedoch größer auszubilden,
um die abgewinkelten Kontaktgeber aufzunehmen. Sämtliche Kontaktgeber 524, 526, 534, 536 besitzen
die gleiche oder im wesentlichen die gleiche Größe und sind im wesentlichen
zueinander ausgerichtet und nicht gestaffelt oder seitlich versetzt.
-
11 zeigt
Kontaktgeberflächen
oder „Fußabdrücke" von zwei der Kontaktgeber 524, 526, die
den Kontaktbogen 84 überlagern,
der die benachbarten leitenden Kontaktsegmente 88 aufweist.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform
ist es wünschenswert,
die Kontaktgeber 524, 526 so abzuwinkeln, dass
mindestens gegenüberliegende
Ecken der Kontaktgeber 524, 526 mit benachbarten
Segmenten 88 des Kontaktbogens 84 in Kontakt stehen.
Mit anderen Worten, zu irgendeinem beliebigen Zeitpunkt steht mindestens
einer der Kontaktgeber 524, 526 in Kontakt mit
einem Segment von zwei benachbarten Segmenten 88. Daher
befindet sich der Zinken 516 immer in Kontakt mit mindestens
einem der Segmente 88 des Kontaktbogens 84. Das
gleiche trifft für
die Kontaktgeber 534, 536 und Finger 530, 532 des
anderen Zinkens 518 zu. Wie gezeigt, sind die Kontaktgeber 524, 526 relativ
zu einer imaginären
Linie 83', die
sich radial zwischen den benachbarten Segmenten 88 erstreckt,
unter einem Winkel und nicht quadratisch angeordnet oder orientiert.
Die Finger und/oder Kontaktgeber sind daher unter einem Winkel in
Bezug auf die radial orientierten leitenden Kontaktsegmente 88 der
variablen Widerstandskarte 74 orientiert.
-
12 zeigt
ein anderes Schleifelement 694, das so ausgebildet ist,
dass es verhindert, dass Kontaktgeber zwischen benachbarte Schleifelementsegmente
fallen, und trotzdem die Verwendung von relativ kleinen und billigeren
Kontaktgebern ermöglicht.
Das Schleifelement 694 besitzt einen gegabelten Schleifelementarm 712 mit
einem Basisabschnitt 714, der voneinander beabstandete
Zinken 716, 718 des Armes 712 verbindet.
Der erste Zinken 716 ist in abgewinkelte, gestaffelte und
voneinander beabstandete Finger 720, 722 gegabelt,
die einen ersten und zweiten Kontaktgeber 724, 726 tragen.
In entsprechender weise ist der zweite Zinken 718 in abgewinkelte,
beabstandete Finger 730, 732 gegabelt, die einen
ersten und zweiten Kontaktgeber 734, 736 tragen.
-
Die
Finger 720, 722, 730, 732 sind
vorzugsweise unter einem Winkel A von etwa 13° in Bezug auf eine oder mehrere
seitlich verlaufende Achsen L, L' des
Schleifelementes 694 abgebogen. Die Finger können jedoch
auch unter einem Winkel zwischen 10 und 15° oder zwischen 5 und 30° oder irgendeinem anderen
geeigneten Winkel abgebogen sein. Es wird auch vorgeschlagen, dass
die Kontaktgeber 724, 726, 734, 736 abgewinkelt
und die Finger 720, 722, 730, 732 geradlinig,
jedoch größer ausgebildet
sind, um die abgewinkelten Kontaktgeber aufzunehmen.
-
Des
weiteren besitzen die Kontaktgeber 724, 726, 734, 736 vorzugsweise
die gleiche oder im wesentlichen die gleiche Größe und sind nicht zueinander
ausgerichtet, sondern seitlich oder in Umfangsrichtung versetzt
wie bei der in 4 gezeigten Anordnung. Vorzugsweise
ist der erste Finger 720 des ersten Zinkens 716 länger als
der zweite Finger 722. In jedem Fall ist der erste Kontaktgeber 724 des
ersten Zinkens 716 in Bezug auf den zweiten Kontaktgeber 726 gestaffelt
oder seitlich versetzt angeordnet, während der erste Kontaktgeber 734 des
zweiten Zinkens 718 in Bezug auf den zweiten Kontaktgeber 736 gestaffelt
oder seitlich versetzt angeordnet ist.
-
13 zeigt
Kontaktgeberflächen
oder „Fußabdrücke" von zwei der Kontaktgeber 724, 726, die
den Kontaktbogen 84, der die benachbarten leitenden Kontaktsegmente 88 aufweist, überlagern. Bei
dieser beispielhaften Ausführungsform
ist es wünschenswert,
die Kontaktgeber 724, 726 so abzuwinkeln und zu
staffeln, dass mindestens gegenüberliegende
Ecken der Kontaktgeber 724, 726 mit benachbarten
Segmenten 88 des Kontaktbogens 84 in Kontakt stehen.
Mit anderen Worten, zu einem bestimmten Zeitpunkt steht mindestens
einer der Kontaktgeber 724, 726 mit einem der
zwei benachbarten Segmente 88 in Kontakt. Daher steht der
Zinken 716 immer mit mindestens einem der Segmente 88 des Kontaktbogens 84 in
Kontakt. Das gleiche trifft für
die Kontaktgeber 734, 736 und Finger 730, 732 des
anderen Zinkens 718 zu.
-
Obwohl
die hier beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung eine gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsform
darstellen, sind viele andere Ausführungsformen möglich. Es
sollen hier nicht alle möglichen äquivalenten
Ausführungsformen
oder Verzweigungen der Erfindung erwähnt werden. Die hier verwendeten
Begriffe sind lediglich beschreibend und in keiner Weise beschränkend. Diverse Änderungen
können
durchgeführt
werden, ohne vom Kern und Umfang der Erfindung abzuweichen, die
in den Patentansprüchen
wiedergegeben ist.