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Die Erfindung betrifft ein durch Magnetkraft betätigbares elektrisches Kontaktelement, insbesondere einen Schalter mit einem magnetbetätigten Schaltkontakt, eine Schalterreihe mit mehreren magnetbetätigten Schaltkontakten oder ein magnetbetätigtes Potentiometer.
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Bekanntlich haben Potentiometer einen Abgriff, der an einer wohldefinierten Stelle geschlossen wird, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Je nach Kontaktstelle ergibt sich ein bestimmter elektrischer Spannungswert.
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Bei einem magnetbetätigten Potentiometer wird der Abgriffkontakt durch Magnetkraft herbeigeführt und/oder verstellt. Dazu kann beispielsweise ein Kontaktstück magnetisch bewegt werden, das eine elektrische Verbindung zwischen einer elektrischen Widerstandsbahn und einer elektrischen Leiterbahn herstellt. Bei einem Folienpotentiometer befindet sich wenigstens eine dieser Bahnen auf einer elastischen Trägerfolie, durch deren mechanische Beaufschlagung mit einem Kontaktstück oder direkte magnetische Verformung der Abgriffkontakt herbeigeführt und/oder verstellt wird. Im allgemeinen gibt ein stellbewegliches Betätigungselement die Position vor, an der der Abgriffkontakt erfolgt. Die magnetische Betätigungskraft wirkt entweder zwischen dem Betätigungselement und dem Kontaktstück oder zwischen dem Betätigungselement und der verformbaren Widerstands- oder Leiterbahn selbst.
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Exemplarisch betrachte man das Potentiometer nach der
DE 20 2014 103242 U1 . Hier sind auf einem Träger eine elektrische Widerstandsbahn und in elektrischem Isolierabstand davon eine elektrische Leiterbahn ausgebildet, zwischen denen ein Kontaktstück in Form eines Rollkörpers eine elektrische Verbindung herstellt. Das Kontaktstück ist mit einem stellbeweglichen Betätigungselement magnetisch gekoppelt, so dass es dessen Stellbewegung folgt. Das Betätigungselement ist magnetisierbar und/oder magnetisch, beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet oder mit einem oder mehreren Permanentmagnet(en) und/oder Elektromagnet(en) bestückt. Das Kontaktstück ist ebenfalls magnetisierbar und/oder magnetisch, beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet oder mit einem oder mehreren Permanentmagnet(en) und/oder Elektromagnet(en) bestückt. Es bedarf jedenfalls wenigstens eines Magneten im System.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein durch Magnetkraft betätigbares elektrisches Kontaktelement mit größerer Reichweite der magnetischen Betätigungskraft und verbesserter Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der elektrischen Kontaktierung zu schaffen.
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Bei dem diese Aufgabe lösenden Kontaktelement ist/sind der/die elektrische(n) Schaltkontakt(e) oder der Potentiometerabgriff in Abhängigkeit von der Position eines stellbeweglichen inneren Mitnehmers magnetisch betätigbar. Der Mitnehmer ist mit einem stellbeweglichen äußeren Betätigungselement magnetisch gekoppelt, so dass er der Stellbewegung des Betätigungselements folgt. Die magnetische Betätigungskraft und die magnetische Kopplungskraft sind auf eine geringe Reibung des Mitnehmers hin ausgelegt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Mitnehmer in einer Bahn geführt. Die magnetische Betätigungskraft und die magnetische Kopplungskraft sind auf eine geringe Reibung des Mitnehmers in der Führungsbahn hin ausgelegt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die magnetische Betätigungskraft und die magnetische Kopplungskraft so ausgelegt, dass der Mitnehmer quasi schwebt.
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Durch die Erfindung wird in das Magnetsystem eines herkömmlichen magnetbetätigten Schalters oder Potentiometers als zusätzliche Komponente ein Mitnehmer eingefügt. Betrachtet man wiederum exemplarisch das Potentiometer nach der
DE 20 2014 103 242 U1 , tritt der Mitnehmer zu dem magnetisch gekoppelten System von Betätigungselement und Kontaktstück hinzu. Erfindungsgemäß ist das Kontaktstück nunmehr an den stellbeweglichen Mitnehmer magnetisch angebunden, so dass es dessen Stellbewegung folgt. Die hier wirkende Magnetkraft wird als magnetische Betätigungskraft bezeichnet. Der Mitnehmer ist seinerseits magnetisch an das stellbewegliche Betätigungselement angebunden, so dass er dessen Stellbewegung folgt. Die hier wirkende Magnetkraft wird als magnetische Kopplungskraft bezeichnet. Die magnetische Betätigungskraft und die magnetische Kopplungskraft sind so ausbalanciert, dass der Mitnehmer mit geringer Reibung quasi schwebt. Dadurch ist das System praktisch frei von Bewegungshysterese.
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Der Mitnehmer ist magnetisierbar und/oder magnetisch, beispielsweise ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet oder mit einem oder mehreren Permanentmagnet(en) und/oder Elektromagnet(en) bestückt. Es gilt hier das gleiche wie für das Betätigungselement und das Kontaktstück. Es bedarf jedenfalls wenigstens eines Magneten zur magnetischen Kopplung des Mitnehmers an das Betätigungselement und zum magnetischen Herbeiführen bzw. Verstellen des Potentiometerabgriffs, hier mittels des Kontaktstücks. Ein Permanentmagnet als Mitnehmer genügt.
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Mit dem Hinzutreten des Mitnehmers erhöht sich der bauliche Aufwand für ein magnetbetätigtes Potentiometer. Man gewinnt aber an möglichem baulichen Abstand zwischen dem Betätigungselement und den Leiterbahnen des Potentiometers, ohne aufwändigere, größere und stärkere Magneten einsetzen zu müssen. Da der Mitnehmer klein dimensioniert und in einem präzisen Schaltabstand angeordnet werden kann, gewinnt man an Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Potentiometersignals – unbeeinträchtigt von Bewegungshysterese, die der Mitnehmer dank seines quasi Schwebezustands mit minimaler Reibung kaum zeigt.
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Eine bevorzugte Anwendung hat die Erfindung für magnetbetätigte Folienpotentiometer. Deren Abgriffkontakt wird im allgemeinen mit einem magnetisch betätigbaren Kontaktstück insbesondere in Form eines magnetisch betätigbaren Roll- oder Gleitkörpers oder magnetisch betätigbaren Biegestücks herbeigeführt und/oder verstellt. Die magnetische Betätigung des Kontaktstücks wird durch die Magnetkraft eines stellbeweglichen inneren Mitnehmers bewirkt, der seinerseits an ein stellbewegliches äußeres Betätigungselement magnetisch gekoppelt ist.
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In der
EP 2 081 197 B1 sind Folienpotentiometer beschrieben, bei denen der Träger einer elektrischen Widerstandsstrecke und der Träger einer elektrischen Kontaktelektrode aus Folienmaterial bestehen und zwischen den Trägern ein Abstandshalter aus Folienmaterial angeordnet ist. Es ist ein Federblatt an der Außenseite eines Trägers angebracht, die dem anderen Träger abgewandt ist. In dieser Variante hat das Federblatt keine elektrische Leitungsfunktion. Das Federblatt kann jedoch auch an der Innenseite eines Trägers angebracht sein, die dem anderen Träger zugewandt ist. In dieser Variante wird der elektrische Abgriffkontakt über das Federblatt hergestellt. Die Möglichkeit einer Magnetbetätigung des Folienpotentiometers ist in der
EP 2 081 197 B1 zwar erwähnt, aber nicht näher spezifiziert. Erfindungsgemäß ist dafür nunmehr ein magnetisch betätigbares Federblatt o. a. Biegestück vorzugsweise in Form eines Eisenbands oder einer Eisenmatte vorgesehen. Die magnetische Biegebetätigung erfolgt durch den stellbeweglichen inneren Mitnehmer, der seinerseits magnetisch an das stellbewegliche äußere Betätigungselement gekoppelt ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 die Seitenansicht eines magnetbetätigten Potentiometers;
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2 eine Draufsicht auf das Potentiometer mit Blick in Richtung II von 1;
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3 bis 5 Seitenansichten magnetbetätigter Folienpotentiometer in verschiedenen Ausführungsvarianten; und
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6 die Seitenansicht einer Schalterreihe mit mehreren magnetbetätigten Schaltern.
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Das Potentiometer gemäß 1 und 2 hat einen Träger 10 in Form einer dünnen, steifen Kunststoffplatte von länglich-rechteckigem Grundriß. Auf der oberen Plattenstirnseite sind in elektrischem Isolierabstand eine hochohmige elektrische Widerstandsbahn 12 und eine niederohmige elektrische Leiterbahn 14 aufgebracht. Die Bahnen 12, 14 sind auf den Träger 10 aufgedruckt. Statt einer Kunststoffplatte kommt auch jedes andere, zum Aufdrucken von Leiterbahnen geeignete Trägermaterial in Betracht.
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Die Bahnen 12, 14 erstrecken sich geradlinig parallel in Plattenlängsrichtung. Zur elektrischen Isolierung dient eine Lücke 16 dazwischen. Die Widerstandsbahn 12 ist beidends elektrisch kontaktiert 18, 20; die Leiterbahn nur einends 22.
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Das Potentiometer hat ein walzenförmiges elektrisches Kontaktstück 24, das mit seinem Rundkörper über die obere Stirnseite des Trägers 10 rollt, an der die Widerstandsbahn 12 und die Leiterbahn 14 aufgebracht sind. Das Kontaktstück 24 steht mit der Widerstandsbahn 12 in Berührabgriffkontakt, um sie an wohldefinierter Stelle elektrisch abzugreifen und die Abgriffstelle mit der Leiterbahn 14 elektrisch zu verbinden, mit der das Kontaktstück genauso in elektrischem Berührkontakt steht. Der Kontakt ist jeweils ein elektrischer Rollkontakt. Der elektrische Signalstrom des Potentiometers fließt durch das Kontaktstück 24.
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Das Kontaktstück 24 ist magnetisch an einen Mitnehmer 26 gekoppelt, der dem Kontaktstück 24 auf der der Widerstandsbahn 12 und Leiterbahn 14 abgewandten unteren Stirnseite des Trägers 10 gegenüberliegt. Der Mitnehmer 26 wird in einer Stellbewegung parallel zu den Bahnen 12, 14 über den Träger 10 bewegt. Er ist dafür magnetisch an ein äußeres Betätigungselement 28 gekoppelt, das unterhalb des Mitnehmers 26 stellbeweglich angeordnet ist und von Hand oder maschinell mechanisch verstellt wird. Aufgrund der magnetischen Kopplung folgen der Mitnehmer 26 und das Kontaktstück 24 der Stellbewegung des Betätigungselements 28. Dabei rollt das Kontaktstück über den Träger 10. Es steht mit der Widerstandsbahn 12 und der Leiterbahn 14 in elektrischem Rollkontakt.
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Der Mitnehmer 26 ist in einer Führungsbahn 30 an der Unterseite des Trägers 10 geführt. Er gleitet in dieser Führungsbahn 30, wobei er mal deren Boden, mal die Unterseite des Trägers 10 berührt. Die Bewegung des Mitnehmers 26 in der Führungsbahn 30 ist beidseits anschlagbegrenzt.
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Die magnetische Betätigungskraft zwischen dem Mitnehmer 26 und dem Kontaktstück 24 und die magnetische Kopplungskraft zwischen dem Betätigungselement 28 und dem Mitnehmer 26 sind so ausbalanciert, dass der Mitnehmer 26 in seiner Führungsbahn 30 reibungsarm quasi schwebt. Der Schwerkrafteinfluß ist gegen die wirkenden Magnet- und Reibungskräfte zu vernachlässigen. Das Potentiometer ist in seiner Schaltfunktion lageunabhängig.
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In 3 ist statt des plattenförmigen Trägers 10 ein Folienpotentiometer 32 über dem Mitnehmer 26 angeordnet. Das Folienpotentiometer 32 hat einen Träger aus Folienmaterial mit einer elektrischen Widerstandsstrecke, einen Träger aus Folienmaterial mit einer elektrischen Kontaktelektrode und einen Abstandshalter aus Folienmaterial dazwischen.
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Zur Betätigung des Folienpotentiometers 32 dient in 3 ein Rollkörper 34, der an den Mitnehmer 26 magnetisch angebunden ist und auf der dem Mitnehmer 26 abgewandten Außenseite des Folienpotentiometers 32 abläuft. Durch die magnetische Betätigungskraft des Mitnehmers 26 übt der Rollkörper 34 Druck auf das Folienpotentiometer 32 aus, wodurch sich dessen Abgriffkontakt schließt. Bei nachlassendem Druck wird das Öffnen des Abgriffkontakts durch die Elastizität des Folienmaterials bewirkt. Der Mitnehmer 26 ist seinerseits magnetisch an das Betätigungselement 28 gekoppelt. Der Rollkörper 34 hat in dieser Variante keine elektrische Leitungsfunktion.
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In 4 ist die dem Mitnehmer 26 abgewandte Außenseite des Folienpotentiometers 32 mit einem Biegestück 36 in Form eines ferromagnetischen Federblatts, eines Eisenbands oder einer Eisenmatte belegt. Das Biegestück 36 wird durch die magnetische Anziehungskraft des Mitnehmers 26 biegeelastisch verformt und dadurch der Abgriffkontakt des Folienpotentiometers 32 geschlossen. Der Mitnehmer 26 ist seinerseits magnetisch an das Betätigungselement 28 gekoppelt. In dieser Variante hat das Biegestück 36 eine bloße Druckbetätigungs- und keine elektrische Leitungsfunktion.
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In 5 ist das Biegestück 36 in das Folienpotentiometer 32 eingelassen. Das Biegestück 36 ist als Kontaktelektrode an der Innenseite des Folienträgers angebracht, die dem Folienträger mit der elektrischen Widerstandsstrecke gegenüberliegt. Das Biegestück 36 wird durch die magnetische Anziehungskraft des Mitnehmers 26 biegeelastisch verformt und dadurch der Abgriffkontakt des Folienpotentiometers 32 geschlossen. Der Mitnehmer 26 ist seinerseits magnetisch an das Betätigungselement 28 gekoppelt. In dieser Variante dient das Biegestück 36 als durch Magnetkraft biegeelastisch verformbare, elektrisch leitende Kontaktelektrode.
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In 6 ist die dem Mitnehmer 26 abgewandte Außenseite eines Folienpotentiometers 32 mit einem Käfig 38 aus Folienmaterial belegt, der eine Reihe Fenster für lose darin aufgenommene Kugeln 40 hat. Der Käfig 38 ist außen mit einer Abdeckfolie 42 belegt. Dadurch sind die Kugeln 40 in den Fenstern gefangen.
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Die Kugeln 40 sind magnetisierbar oder magnetisch. Wenn sich der Mitnehmer 26 im Nahbereich einer Kugel 40 befindet, wird diese durch die Magnetkraft des Mitnehmers 26 angezogen, gegen das Folienpotentiometer 32 niedergedrückt und der Abgriffkontakt des Folienpotentiometers 32 an dem jeweiligen Schaltpunkt der Kugel 40 geschlossen. Bei abfallender Magnetkraft wird die Kugel 40 durch die Elastizität des Folienmaterials zurückgestellt.
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Die Fenster in dem Käfig 38 geben eine Reihe wohldefinierter Schaltpunkte vor. Der die Kugeln 40 durch Magnetkraft bewegende Mitnehmer 26 ist seinerseits magnetisch an das Betätigungselement 28 gekoppelt. Die Kugeln 40 haben eine bloße Druckbetätigungs- und keine elektrische Leitungsfunktion.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Träger
- 12
- Widerstandsbahn
- 14
- Leiterbahn
- 16
- Lücke
- 18
- Kontaktierung der Widerstandsbahn
- 20
- Kontaktierung der Widerstandsbahn
- 22
- Kontaktierung der Leiterbahn
- 24
- Kontaktstück
- 26
- Mitnehmer
- 28
- Betätigungselement
- 30
- Führungsbahn
- 32
- Folienpotentiometer
- 34
- Rollkörper
- 36
- Biegestück
- 38
- Käfig
- 40
- Kugel
- 42
- Abdeckfolie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014103242 U1 [0004, 0009]
- EP 2081197 B1 [0013, 0013]
