DE1922167A1 - Verstellbarer Widerstand - Google Patents

Description

Verstellbarer Widerstand

Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Widerstand und insbesondere ein Präzisions-Potentiometer.

Bei Widerständen dieser Art wird ein Widerstandselement in Ver-t bindung mit einem Kontaktstück verwendet, wobei eine Einrichtung zur Verschiebung des Kontaktstückes über das Widerstandselement vorgesehen ist, um die Größe des elektrischen Widerstandes in einem Stromkreis, in dem der Widerstand als Bauteil enthalten ] ist, zu verändern. '

Ein Präzisions-Potentiometer bekannter Art enthält ein Widerstandselement, das in Form einer als Schraubenlinie verlaufenden Wicklung in einem Gehäuse angeordnet ist. Das Kontaktstück ist in einem Schieber untergebracht, der seinerseits mit einem drehbaren, auch als Rotor bezeichneten Schaft verkeilt ist, wel-

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eher mittig in dem das Widerstandselement enthaltenden Gehäuse angeordnet ist. Die verschiedenen Bauteile sind derart angeordnet, daß der Schieber bei einer Drehung des Schaftes einen Verschiebepfad entlang wandert, der durch die Schraubengänge der vom Widerstandselement gebildeten Wicklung festgelegt ist. Unter diesen Umständen gleitet das Kontaktstück über die Oberfläche des Widerstandselementes.

Während der normalen Verwendung eines derartigen Potentiometers ist es erwünscht, daß die Bauteile derart ausgebildet sind, daß sich das Kontaktstück - in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Schaftes - sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung über das Widerstandselement bewegen kann. Bei den beschriebenen Bauteilen führt eine Bewegungsumkehr des Schiebers, die bei einem Wechsel der Drehrichtung des Schaftes auftritt, zu einem bestimmten mechanischen Spiel. Die Axiallage des Schiebers gegenüber den einzelnen Windungen des Widerstandselementes ist je nach Drehrichtung des Schaftes ebenfalls unterschiedlich. Bei einem bekannten Potentiometer läßt der Spalt zwischen einem Vorsprung des Schiebers und den Windungen der schraubenförmigen Wicklung eine Axialverschiebung zu und führt auf der Oberfläche des Kontaktstückes zu zwei getrennten Verschleißbereichen. Je nach der Drehrichtung des Schaftes steht jeweils nur ein Bereich in Berührung mit dem Widerstandselement, während der andere Bereich im Abstand zum. Widerstandselement verläuft.

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Das Widerstandselement besteht im einzelnen aus einem Kern, üblicherweise einem Stück Kupferdraht, um den ein dünner Draht aus elektrisch leitfähigem Material mit einem verhältnismäßig geringen Durchmesser schraubenförmig aufgewickelt ist. Auf seiner Aussenf lache ist der dünne Draht mit einem dünnen Überzug aus Isolationsmaterial versehen, so daß die Windungen der aus dem dünnen Draht gebildeten Wicklung aneinander anliegen können. Der Kern ist ebenfalls mit einem Überzug aus Isolationsmaterial versehen. Der Kern und der feine Draht sind durch ein geeignetes Bindemittel gegen eine Relativbewegung gesichert.

An einem Abschnitt des Umfangs des Widerstandselementes wird die Isolation entfernt, so daß nach dem anschließenden Wickeln der Anordnung auf der Innenseite der schraubenförmigen Wicklung eine Kontaktspur vorgesehen ist, über die das Kontaktelement gleiten kann.

Das Kontaktelement ist in einem Schieber befestigt und enthält geeignete Leitungen, so daß Anschlußdrähte, die an außen am Gehäuse angeordnete Klemmen angeschlossen sind, einen Teil eines Stromkreises bilden können, der das verstellbare Potentiometer als Bauteil enthält.

Das oben erwähnte mechanische Spiel hat den Nachteil, daß die elektrischen Kenngrößen des Stromkreises je nach der Drehrichtung des Schaftes bei einer betrachteten Winkeleinstellung desselben gegenüber dem Potentiometer-Gehäuse unterschiedlich sind. Mit anderen Worten kann sich der elektrische Widerstand des Stromkreises

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bei einer. Drehung des Schaftes in ©iaex» Richtung, in der das Spiel auftritt, infolge der axialen Relativverschiebung zwischen Sehie« ber^und Widerstandselement ändern*

Demgemäß ist die Aufgabe der Erfindung darin zu sehen, ein Präzisions-Potentiometer zu sohaffen, bei dem die elektrischen Kenngrößen eines Stromkreises, der das Potentiometer als Bauteil enthält, durch das mechanische Spiel weitestgeliend oder gänzlich unbeeinflußt bleiben. -

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen verstell-., baren Widerstand mit einem Gehäuse«, einer im gehäuse angeordneten Widerstandseinrichtung einschließlich ©Ines gßtoaubenförmig gewickelten Widerstandselementes, .einem im Gehäuse vorgesehenen * Schaft, einem am Schaft angebrachten Schieber und einem am Schieber befestigten Kontaktstück, wobei der Schaft, der Schieber unö das Kontaktstück derart angeordnet sind, daß der Schieber bei einer Drehung des Schaftes einen schraubenförmig verlaufenden Pfad unter Anlage des Kontaktstückes an der Widerstandseinrichtung entlang wandert, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Querachse des an der Widerstandseinrichtung anliegenden Abschnitts des Kontaktstückes schräg zu dem mit dem Schieber zusammenwirkenden Abschnitt des Kontaktstückes verläuft.

Bei dem erfindungsgemäßen Potentiometer ist das Kontaktstück so ausgebildet, daß die Axialverschiebung des Schiebers, die bei Umkehr der Drehriehtung des Schaftes auftritt, dazu benutzt wird,

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den Einfluß des mechanischen Spieles zu überwinden. Zu diesem Zweck ist der Bndabschnitt des KontaktStückes, der normalerweise am Widerstandselement anliegt, schräg ausgebildet, so daß durch die bei Umkehr der Drehrichtung des Schaftes auftretende Bewegung des Kontaktstückes die Stö'rwirkung des mechanischen Spieles im wesentlichen aufgehoben wird, wobei für jede Drehrichtung des Sohaftes innerhalb des Bereichs der Axialverschiebung die Anlagefläche zwischen Kontaktstück und der betrachteten Drahtwindung des Widerstandselementes ebenso wie die elektrische Ausgabe des Potentiometers im wesentlichen die gleiche ist.

Der am Widerstandselement anliegende Abschnitt des Kontaktstückes wird also so ausgebildet, daß er nicht-rechtwinklig zur Achse des mittleren Abschnittes des Kontaktstückes verläuft, der das Kontaktstück mit dem Schieber derart verbindet, daß das Kontaktstück ständig federnd in Anlage gegen das Widerstandselement gedrückt wird. Durch den Verlauf des abgeschrägten Endabschnittes des Kontaktstückes gegenüber dem Widerstandselement wird eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Widerstandes : bei einer durch den Totgang bewirkten Verschiebung des Schiebers weitgehend ausgeschaltet.

Vorzugsweise liegt der Winkel der Abschrägung des Endabschnittes des Kontaktstückes zwischen 6° und 12 .

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigens

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Pig. 1 ein erfindungsgemäßes verstellbares Potentiometer lift zerlegten Zustand mit einem erfindungsgemäßen Kontaktstück,

Pig. 2 eine Stirnansicht eines erfindungsgemäßen Potentiome- . ters, die verdeutlicht, wie das Kontaktstück mit dem schraubenlinienförmig verlaufenden Widerstandst lement zusammenwirkt, wobei der Stirndeckel des Potentiometers abgenommen ist,

Pign. 3 vergrößerte Teilansichten längs den Linien III-III

der Pig. 2, wobei die gegenseitige Lage des Endabschnittes des erfindungsgemäßen KontaktStückes, des Widerstandselementes, und des das Kontaktstück tragenden Abschnittes des Schiebers während zweier unterschiedlicher Betriebsstellungen gezeigt ist, und

Pign, 5 den Pign, 3 und 4 entsprechende Darstellungen, die und 6 .

ein auf übliche Weise ausgebildetes Kontaktstück zei- .

gen. ■

Pig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Präzisions-Potentiometers 10 im zerlegten Zustand. Das Potentiometer enthält ein im wesentlichen zylInderförmig ausgebildetes Gehäuse 12 aus Kunststoff, beispielsweise einem Phenolgemisch, das sich leicht gießen läßt, wobei eine schraubenförmige Nut 14 auf der Innenfläche 16 des Gehäuses ausgebildet wird. Klemmen 17 ι

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verlaufen durch öas Gehäuse 12. und sind mit den weiter unten beschriebenen Widerstandselement und einen verschiebbaren Kontaktstück verbindbar,

Das Widerstandselement enthält einen Kern l8, um den ein dünner Draht 20 schraubenförmig gewickelt 1st. Bevor der Draht 20 auf den Kern aufgebracht wird, wird der Kern mit einem überzug aus Isolationsmaterial versehen. Infolgedessen bildet der Kern einen isolierten Träger für den Draht 20. Vorteilhafterweise wird der Draht 20 ebenfalls mit einem Überzug aus Isolationsmaisrial versehen. Somit können die Windungen des dünnen Drahtes aneinander anliegen, wenn sie schraubenförmig um den Kern 18 gewickelt werden. Nachdem eine vorgegebene Länge des Widerstandselementes erreicht ist, weröen die Bauteile mit einem Bindemittel versehen, und anschließend wird die Einrichtung in eine Schraubenform gebracht, die den schraubenförmigen Verlauf der auf der Innenfläche 16" des Gehäuses 12 angeordneten Nut 14 entspricht.

Bevor das Widerstandselement in das Gehäuse 12 eingebaut wird, wird ein Umfanssabsehnitt der Widerstandseinrichtung vom Isolationsmaterial befreit, so daß das Material, aus dem der dünne Draht selbst besteht, auf die unten beschriebene Weise elektrisch leitend wird, Auf diese Weise wird eine Kontaktbahn geschaffen, längs der ein Kontaktstück entlang wandern kann, um einen veränderlichen elektrischen Ausgangsstrom zu liefern.

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Zusätzlich zum Gehäuse 12 enthält das Potentiometer einen hinteren Deckel 22, in dem mittig ein Lager 24 angeordnet ist. Der Deckel 22 ist durch Schrauben 26 lösbar am Ende des Gehäuses 12 befestigt Die Einrichtung gemäß Fig. 1 enthält außerdem einen drehbaren Schaft 28, der an. seinem einen Ende drehbar in dem Lager 24 angeordnet ist und dessen anderes Ende durch ein Lager 30 verläuft, das in einem Stirndeckel 32 liegt. Ein geeigneter Drehknopf, eine geeichte Wählscheibe oder ein Zahnrad (nicht gezeigt) kann an dem^: Über den Stirndeckel vorstehenden Ende des Schaftes befestigt sein damit der Schaft 28 gedreht werden kann. Am Schaft 28 ist ein Träger 34 befestigt, in dem der Schieber 36 angeordnet ist. Der Träger 34 besteht aus eloxiertem Aluminium und ist drehfest mit dem Schaft 28 verbunden. Eine Längsnut 38, die im Träger 34 ausgebildet ist, nimmt einen unteren Abschnitt des Schiebers 36 auf. DJL^ Bauteile sind derart angeordnet, daß der Schieber 36 innerhalb der Nut 38 gegenüber dem Träger 34 verschiebbar ist* wie weiter : unten im einzelnen erläutert wird. Der Schieber 36. besteht aus Kunststoff, beispielsweise Bakelit oder Diallyl-Phythalat und enthält eine Quernut 37 mit sich gegenüberliegenden Seitenwänden 40 und 42. Am Nutgrund ist ein Kontaktstück 50 befestigt, das einen Fußabschnitt 52, mit dem ein Anschlußdraht 53 verbunden ist, einen mittleren Abschnitt 54, der vom Fußabschnitt nach oben verläuft, und einen Endabschnitt 56 enthält, der konkav ausgebildet ist. Das andere Ende des Anschlußdrahts 53 ist mit einem Gleitring 58 verbunden, der an einer nicht gezeigten, an dem Schaft 28 befestigten Plastikhülse angebracht ist. Der Gleitring .. 58 wirkt mit einer nicht gezeigten Bürste zusammen, die mechanisch und elektrisch mit der hinteren Klemme 17 verbunden ist. Der An-.

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schlußdraht 53 hat eine ausreichende Überlänge, so daß das Kontakt - stück bei einer Bewegung des Schiebers 36 in der Nut 38 des Trägers 34 ständig mit dem öleitring verbunden ist, .

Das Kontaktstück ist erfindungsgemäß an seinem Endabschnitt 56 derart ausgebildet, daß die Querachse des Endabschnittes gegenüber der Achse des mittleren Abschnittes 54 des Kontaktstückes unter einem anderen als einem rechten Winkel verläuft. Mit anderen Worten ist die Achse des Endabschnittes gegenüber der Längsachse des mittleren Abschnittes schräg angestellt. Die Bauteile sind auf die in Fig. 2 gezeigte Weise zusammengebaut, so daß der Schieber 36 bei einer Drehung des Schaftes 28 in Axialrichtung in der Nut 38 gleitet, da die Nut-wände 40 und 42 einen Abschnitt einer durch das Widerstandselement gebildeten Schraubenwindung mit Spiel umgreifen. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Nuten 14 auf Abstand gehalten, so daß die Wände 40 und 42 des Schiebers 36 in den Zwischenraum zwischen den Windungen der in den Nuten 14 eingebauten Wicklung vorstehen können (s. Fign. 3 und 4). Wenn der Schaft im Uhrzeigersinn gedreht wird, liegt die Wand 42 an der isolierten Seite des Widerstandselementes an, wobei der Endabschnitt 56 des Kontaktstückes an der auf dem Widerstandselement ausgebildeten Kontaktspur anliegt. Wenn der Schieber 36 das Ende seines Verschiebeweges erreicht hat und das Kontaktstück in entgegengesetzter Richtung verschoben werden soll, wird der Schaft entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Wegen des vorhandenen Spiels verstellt sich der Schaft 28 um einen bestimmten Betrag, bevor sich die Wand 40 an die Windungsseite des Widerstandselementes

anlegt, mit der sie bei einer Verschiebung des Schiebers in ent-

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gegengesetzter Richtung zusammenwirkt. Während! dieses Vorganges bewegt sich das Kontaktstück, da es fest mit dem Schieber verbunden ist. Bei einer Bewegung des Kontaktstüekes und wenn die Achse 60 des Endabschnittes 56 senkrecht zur Achse des mittleren Abschnittes 54 verläuft, wie dies bei der in den Fign. 5 und 6 gezeigten, bekannten Bauweise der Fall ist, tritt eine Änderung des elektrischen Widerstandes auf, s. die Strecke ^Βχ", Pig. 6. Wenn jedoch der Endabschnitt 56 auf die in den Fign. 3 und 4 sowie in Pig. 1 gezeigte Weise geformt ist, wird der Einfluß der Ladeänderung des Kontaktstüekes überwunden und der elektrische Widerstand bleibt im wesentlichen auf dem gleichen Wert. Es hat sich herausga; stellt, daß die besten Ergebnisse bei einer Schrägstellung von etwa 6° erreicht werden. Zufriedenstellende Ergebnisse werden ver-j mutlich bei einem Schrägungswinkel zwischen 3° und 12° erreicht, t

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Claims (1)

1. C » f «

   Patentanwälte Dr. Ing. H NegeneUnk

   Dip!. Ing H. Houdt Dipl. Ph>-s. W.Schmiiz

   8MüncheniS,M«arfsir.23 Tel. 538M86

   Spectrol Electronics Corporation

   City of Industry, California.USA · 23. April 1969

   ⁼ . (Anwaltsakte M-693)

   Patentansprüche

   1,!Verstellbarer Widerstand mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse angeordneten Widerstandseinrichtung einschließlich eines schrau banförmig gewickelten Widerstandselementes, einem im Gehäuse vorgesehenen Schaft, einem am Schaft angebrachten Schieber und einem am Schieber befestigten Kontaktstück, wobei der Schaft, der Schieber und das Kontaktstück derart angeordnet sind, daß der Schieber bei einer Drehung des Schaftes einen schraubenförmig verlaufenden Pfad unter Anlage des Kontaktstückes an der Widerstandseinrichtung entlang wandert, dadurch gekennzeichnet, daß die Querachse des an der Widerstandseinrichtung (14,18,20) anliegenden Abschnittes (56) des Kontaktstückes (50) schräg zu den mindern Schieber (34,36) zusammenwirkenden Abschnitt (52,54) des Kontaktstückes.verläuft.'

   £. Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Abschrägung zwischen 3° , und 12° liegt.

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