DE102007042011B4

DE102007042011B4 - Variabler elektrischer Widerstand

Info

Publication number: DE102007042011B4
Application number: DE102007042011.2A
Authority: DE
Inventors: Björn Klüßendorf
Original assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: DE102007042011A1; WO2009030690A3; WO2009030690A2

Abstract

Variabler elektrischer Widerstand, aufweisend eine erste Kontaktbahn (1) mit mindestens zwei durch einen Spalt (2) voneinander getrennten Kontaktbereichen (1a, 1b, 1c, ...) mit jeweils einem zugeordneten elektrischen Widerstand (3a, 3b, 3c, ...) sowie einen entlang der ersten Kontaktbahn (1) bewegbaren, als Schleifer (4) ausgebildeten Kontakt mit mindestens einer zur ersten Kontaktbahn (1) hin angeordneten Kontaktfläche (4'), wobei die Geometrie des Spaltes (2) und die mindestens eine Kontaktfläche (4') derart ausgebildet sind, dass der Schleifer (4) bei einer Bewegung entlang der ersten Kontaktbahn (1) im Bereich des Spaltes (2) zunächst mit einem ersten (1a) der dem Spalt (2) benachbarten Kontaktbereiche (1a, 1b) in elektrischer Verbindung steht, anschließend mit beiden Kontaktbereichen (1a, 1b) gleichzeitig und weiter fortschreitend in der Bewegung nur mit dem zweiten Kontaktbereich (1b), wobei die mindestens eine Kontaktfläche (4') des Schleifers (4) eine konvexe Krümmung aufweist und bei der Bewegung des Schleifers (4) im Bereich des Spaltes (2) in diesen eintaucht, wobei die Breite (b) und die Tiefe (t) des Spaltes (2) und die Krümmung der mindestens einen Kontaktfläche (4') so aufeinander abgestimmt sind, dass bei der maximalen Eintauchtiefe des Schleifers (4) in der Mitte des Spaltes (2) ein Abstand zwischen der mindestens einen Kontaktfläche (4') und der Oberfläche (6') eines Trägermaterials der Leiterplatte (6) im Spalt (2) bleibt,dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t) des Spaltes (2) durch teilweise oder vollständige Entfernung des Trägermaterials der Leiterplatte (6) zwischen den Kontaktbereichen (1a, 1b, 1c, ...) vergrößert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen elektrischen Widerstand, umfassend eine Kontaktbahn mit mindestens zwei durch einen Spalt voneinander getrennten Kontaktbereichen mit jeweils einem zugeordneten elektrischen Widerstand sowie mindestens einen entlang der Kontaktbahn bewegbaren, als Schleifer ausgebildeten Kontakt mit mindestens einer zur Kontaktbahn hin angeordneten Kontaktfläche, wobei die Geometrie des Spaltes und die Kontaktfläche derart ausgebildet sind, dass der Schleifer bei einer Bewegung entlang der Kontaktbahn im Bereich des Spaltes zunächst mit einem ersten der dem Spalt benachbarten Kontaktbereiche in elektrischer Verbindung steht, anschließend mit beiden Kontaktbereichen gleichzeitig und weiter fortschreitend in der Bewegung nur mit dem zweiten Kontaktbereich.
Variable elektrische Widerstände gibt es beispielsweise als gewickelte Potentiometer, in denen ein Widerstandsdraht um einen Stator herum gewickelt ist, über den ein Schleifer beim Verschieben einen sich ändernden Widerstand abgreift.
Andere Formen variabler elektrischer Widerstände werden etwa als gedruckte Potentiometer ausgeführt. Das heißt, eine gedruckte Widerstandsbahn wird mit Spannung belegt und ein verstellbarer Abgriff greift auf dem gedruckten Kontaktbereich einen Widerstand oder eine Spannung ab. Als Widerstandsbahn wird dazu auf Leiterplatten z.B. ein Carbondruck ausgeführt. Bei einigen Anwendungen werden anschließend mittels eines Laserschnittverfahrens diese Carbonflächen eingeschnitten, so dass bestimmte Widerstands- bzw. Spannungsteilungswerte eingehalten werden können.
Durch die DE 100 17 511 A1 ist ein variabler elektrischer Widerstand bekannt geworden, bei dem die Flächen der Kontaktbereiche der Kontaktbahn schräg zur Bewegungsrichtung des bewegbaren Kontakts angeordnet sind. Infolge dessen weisen sowohl der bewegbare Kontakt als auch die von diesem überstrichene Kontaktbahn eine beträchtliche Breite auf.
Durch die Gattungsbildende DE 27 15 475 A1 ist ein variabler elektrischer Widerstand gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt geworden. Die Kontaktfläche des Schleifers weist bei diesem Gegenstand eine konvexe Krümmung auf und taucht bei der Bewegung des Schleifers im Bereich des Spaltes in diesen ein. Die Breite und die Tiefe des Spaltes und die Krümmung der Kontaktfläche sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass bei der maximalen Eintauchtiefe des Schleifers in der Mitte des Spaltes ein Abstand zwischen der Kontaktfläche und der Oberfläche des Trägermaterials im Spalt bleibt.
Sowohl die DE 19 53 039 A als auch die DE 10 2005 005 752 A1 zeigen jeweils ebenfalls variable elektrische Widerstände mit ähnlichen Eigenschaften.
Der variable elektrische Widerstand gemäß der vorliegenden Erfindung hat gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik den Vorteil, dass der bewegbare Kontakt nur eine geringe Breite aufweisen muss.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch möglich, dass die Tiefe des Spaltes durch teilweise oder vollständige Entfernung des Trägermaterials der Leiterplatte zwischen den Kontaktbereichen vergrößert ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
Dabei zeigt:

1: eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen variablen elektrischen Widerstands
2: einen Längsschnitt durch einen variablen elektrischen Widerstand gemäß einer Realisierung der Erfindung

Wie in der 1 zu erkennen ist, umfasst der erfindungsgemäße variable elektrische Widerstand eine erste Kontaktbahn 1 mit voneinander durch Spalte 2 abgegrenzten Kontaktbereichen 1a, 1b, 1c, .... Die Kontaktbahn 1 ist als elektrische Leiterbahn z.B. durch eine Kupferkaschierung einer Leiterplatte 6 gebildet. Den abgegrenzten Kontaktbereichen 1a, 1b, 1c, ... ist jeweils ein Festwiderstand 3a, 3b, 3c, ... zugeordnet. Diese Festwiderstände 3a, 3b, 3c, ... sind dabei beispielsweise als Teil eines integrierten Widerstandsnetzwerkes realisiert und über elektrische Leiterbahnen mit den abgegrenzten Kontaktbereichen 1a, 1b, 1c, ... der Kontaktbahn 1 verbunden. Das Widerstandsnetzwerk, dessen einzelne Widerstände 3a, 3b, 3c, ... in Reihe zueinander geschaltet sind, ist mit seinen Enden mit dem Plus- sowie mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden. Ein entlang der Kontaktbahn 1 bewegbarer, als Schleifer 4 ausgebildeter Kontakt weist eine zur Kontaktbahn 1 hin angeordnete Kontaktfläche 4' auf, die die Kontaktbahn 1 elektrisch kontaktiert. Eine weitere Kontaktfläche 4" des bewegbaren Schleifers 4 ist mit einer zweiten, durchgehenden Kontaktbahn 5 in elektrischem Kontakt. An dieser zweiten Kontaktbahn 5 kann die durch die jeweilige Stellung des Schleifers 4 bedingte Spannung abgegriffen werden. Diese ergibt sich als die Spannung zwischen den Potentialen des angeschlossenen Plus- sowie des Minuspols, welche durch den an der Abgriffstelle des Schleifers 4 gebildeten Spannungsteiler definiert ist.
2 zeigt einen Längsschnitt durch die Leiterplatte 6 im Kontaktbereich eines Abschnitts der ersten Kontaktbahn 1 gemäß einer ersten Realisierung der Erfindung. Deutlich zu erkennen sind hierbei die einzelnen abgegrenzten und voneinander isolierten Kontaktbereiche 1a, 1b, 1c, ... sowie die dazwischen liegenden Spalte 2.
Der als Schleifer 4 ausgebildete bewegliche Kontakt berührt mit seiner konvex gekrümmten Kontaktfläche 4' die Kontaktbahn 1 und stellt somit die elektrische Verbindung zwischen dieser und der hier nicht dargestellten zweiten Kontaktbahn her. Dargestellt ist hier die Situation, in der sich der Schleifer 4 genau in der Mitte eines Spaltes 2 befindet. Die konvex gekrümmte Kontaktfläche 4' taucht hierbei in den Spalt 2 ein und berührt die Kontaktbahn 1 an zwei Kontaktbereichen 1c und 1d gleichzeitig. Die Breite b und die Tiefe t des Spaltes 2 und die Krümmung der Kontaktfläche 4' sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass in genau dieser Situation, nämlich bei der maximalen Eintauchtiefe des Schleifers 4 in der Mitte des Spaltes 2 eine Berührung der Oberfläche 6' des Trägermaterials im Spalt durch die Kontaktfläche 4' des Schleifers 4 nicht erfolgen kann.
Dies wird dadurch gewährleistet, dass die Tiefe t des Spaltes 2 durch teilweise oder vollständige Entfernung des Trägermaterials zwischen den Kontaktbereichen 1a, 1b, 1c, ... vergrößert ist, wie beispielhaft bei den Spalten 2 zwischen den Kontaktbereichen 1a und 1b sowie zwischen 1b und 1c illustriert.
Durch die konvexe Formgebung der Kontaktfläche 4' des Schleifers 4 und eine verhältnismäßig geringe Breite b des Spaltes 2 kann eine sanfte Bewegung des Schleifers 4 über die Kontaktbahn 1 erreicht werden. Durch zusätzliche Maßnahmen, wie z.B. durch zumindest teilweise schräg oder gerundet ausgeführte Kanten der Kontaktbereiche 1a, 1b, 1c, ... der Kontaktbahn 1 sind hier noch weitere Verbesserungen möglich.

Claims

Variabler elektrischer Widerstand, aufweisend eine erste Kontaktbahn (1) mit mindestens zwei durch einen Spalt (2) voneinander getrennten Kontaktbereichen (1a, 1b, 1c, ...) mit jeweils einem zugeordneten elektrischen Widerstand (3a, 3b, 3c, ...) sowie einen entlang der ersten Kontaktbahn (1) bewegbaren, als Schleifer (4) ausgebildeten Kontakt mit mindestens einer zur ersten Kontaktbahn (1) hin angeordneten Kontaktfläche (4'), wobei die Geometrie des Spaltes (2) und die mindestens eine Kontaktfläche (4') derart ausgebildet sind, dass der Schleifer (4) bei einer Bewegung entlang der ersten Kontaktbahn (1) im Bereich des Spaltes (2) zunächst mit einem ersten (1a) der dem Spalt (2) benachbarten Kontaktbereiche (1a, 1b) in elektrischer Verbindung steht, anschließend mit beiden Kontaktbereichen (1a, 1b) gleichzeitig und weiter fortschreitend in der Bewegung nur mit dem zweiten Kontaktbereich (1b), wobei die mindestens eine Kontaktfläche (4') des Schleifers (4) eine konvexe Krümmung aufweist und bei der Bewegung des Schleifers (4) im Bereich des Spaltes (2) in diesen eintaucht, wobei die Breite (b) und die Tiefe (t) des Spaltes (2) und die Krümmung der mindestens einen Kontaktfläche (4') so aufeinander abgestimmt sind, dass bei der maximalen Eintauchtiefe des Schleifers (4) in der Mitte des Spaltes (2) ein Abstand zwischen der mindestens einen Kontaktfläche (4') und der Oberfläche (6') eines Trägermaterials der Leiterplatte (6) im Spalt (2) bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t) des Spaltes (2) durch teilweise oder vollständige Entfernung des Trägermaterials der Leiterplatte (6) zwischen den Kontaktbereichen (1a, 1b, 1c, ...) vergrößert ist.
Variabler elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktbahn (1) als elektrische Leiterbahn durch eine Kupferkaschierung auf einer Leiterplatte (6) ausgebildet ist.
Variabler elektrischer Widerstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der ersten Kontaktbahn (1) eine zweite Kontaktbahn (5) auf der Leiterplatte (6) vorhanden ist, die durch eine weitere Kontaktfläche (4") des Schleifers (4) kontaktiert wird.
Variabler elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der Kontaktbereiche (1a, 1b) der ersten Kontaktbahn (1) zumindest teilweise schräg oder gerundet ausgeführt sind.
Variabler elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktbahn (1) galvanisch vergoldet ist.
Variabler elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstände (3a, 3b, 3c, ...) als Teil eines integrierten Widerstandsnetzwerkes realisiert und über elektrische Leiterbahnen mit den abgegrenzten Kontaktbereichen (1a, 1b, 1c, ...) der ersten Kontaktbahn (1) verbunden sind.
Variabler elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Widerstände (3a, 3b, 3c, ...) in Reihe zueinander geschaltet sind, und die Enden dieser Reihenschaltung mit dem Plus- sowie mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden sind.