DE19606408A1

DE19606408A1 - Veränderbares Widerstandselement

Info

Publication number: DE19606408A1
Application number: DE1996106408
Authority: DE
Inventors: Andreas Rieck
Original assignee: CONTELEC AG
Current assignee: CONTELEC AG
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-08-28

Description

Die Erfindung betrifft ein veränderbares Widerstands element mit einem Gehäuse, mit einem in dem Gehäuse angeordneten ersten Abgriffselement und mit einem von außerhalb des Gehäuses betätigbaren, in dem Gehäuse angeordneten und mit dem ersten Abgriffselement in Wirkverbindung stehenden zweiten Abgriffselement.

Derartige veränderbare Widerstandselemente sind beispielsweise als Mehrgangpotentiometer in vielfälti ger Weise bekannt. Sie werden in den unterschiedlich sten Bereichen der Technik eingesetzt. Beispielsweise finden sie als Wegaufnehmer in der Automobiltechnik, in der Hubfahrzeugtechnik und anderen Bereichen der Technik Anwendung.

Hierbei kommt es grundsätzlich immer auf die exakte Zuordnung der Position des Abgriffselements zu einer Signalgröße an. Beispielsweise muß die Drehposition einer zumindest an einer Seite aus dem Gehäuse her ausgeführten Welle exakt einer Signalgröße zugeordnet werden. Diese exakte Zuordnung muß über einen langen Zeitraum erhalten bleiben.

Bei bekannten veränderbaren Widerstandselementen, ist das in dem Gehäuse angeordnete erste Abgriffselement meistens in Form einer auf einer Trägerplatte angeord neten Widerstandsbahn ausgebildet, wohingegen das zweite Abgriffselement als Schleifer ausgebildet ist, der auf der Widerstandsbahn über federnde Kontaktstifte aufliegt. Der Schleifer ist durch eine Drehbewegung der Welle in eine Translationsbewegung versetzbar. Eine derartige Ausgestaltung und Anordnung findet außer bei veränderbaren Widerstandselementen auch bei beliebigen anderen Signalgebern, beispielsweise kapazitiven, induktiven, magnetoresistiven, optoelektronischen u. dgl. Anwendung.

Nachteilig bei einem solchen veränderbaren Widerstands element ist, daß es einem erheblichen Verschleiß unterliegt, da die federnden Kontaktelemente dauernd auf der Widerstandsbahn schleifen, wodurch sich ein nicht unerheblicher Abrieb der Widerstandsbahn und/oder der Kontaktelemente und damit eine Verringerung der Lebensdauer des Widerstandselements ergibt. Darüber hinaus kann der entstehende Abrieb sowie alternde Gleitmittelzusätze zu Kontaktunterbrechungen und in Folge davon zu Ausfällen des Widerstandselements führen.

Darüber hinaus ist es bei derartigen Widerstands elementen nie ganz auszuschließen, daß in das Innere des Gehäuses Feuchtigkeit eindringt, welche zur Korrosion der Widerstandsbahn und/oder der Schleifkon takte des Abgriffselements führen kann. Hierdurch wird die Funktionsfähigkeit des Widerstandselementes beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein veränderbares Widerstandselement der gattungsgemäßen Art zu ver mitteln, welches die obenerwähnten Probleme beseitigt und eine präzise Funktion über einen langen Zeitraum gewährleistet, wobei insbesondere ein Abrieb der Abgriffselemente vermieden werden soll. Darüber hinaus soll das Widerstandselement auch bei extremen Einsatz bedingungen, insbesondere bei Feuchtigkeit, einsetzbar sein und dabei eine präzise Funktionsweise ermöglichen.

Die Aufgabe wird bei einem veränderbaren Widerstands element der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Abgriffselement ein Foliensensor ist, der seinen Widerstands- /Spannungswert durch Beaufschlagung mit einem Druck ändert, und daß das zweite Abgriffselement ein deformierbarer Körper ist, der zur Ausübung eines Drucks auf den Foliensensor verformbar ist.

Eine derartige Ausbildung der Abgriffselemente er möglicht in besonders vorteilhafter Weise einen nahezu verschleißfreien präzisen Abgriff des Widerstands wertes, der auch von sich ändernden Umgebungsbedingun gen praktisch nicht beeinflußt wird.

Darüber hinaus funktioniert das zweite Abgriffselement nicht nur als Übertragungs- und Wandlungselement, sondern seine Elastizität wird gleichzeitig auch zur Kompensation möglicher Lagerspiele der mechanischen Übertragungsteile genutzt.

Rein prinzipiell könnte der Foliensensor in dem Gehäuse an einer beliebigen Stelle angeordnet werden. Ins besondere hinsichtlich einer leichten Herstellung und Montage des veränderbaren Widerstandselementes ist der Foliensensor an einer inneren Fläche, beispielsweise an einer inneren Umfangsfläche oder einer inneren Stirn fläche, angeordnet.

Das Gehäuse kann auf die unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise weist das Gehäuse jedoch eine zylinderförmige Gestalt auf, da durch diese bei einfacher Herstellung besonders kompakte Bauformen des veränderbaren Widerstandselements ermöglicht werden.

Um insbesondere eine optimale Kraftübertragung von dem deformierbaren Körper auf den Foliensensor zu gewähr leisten, ist vorgesehen, daß der deformierbare Körper eine Gestalt aufweist, die im wesentlichen dem, zur Erzielung der auf den Foliensensor wirkenden Druck änderung notwendigen, Kraftlinienverlauf angepaßt ist.

Des weiteren ist vorgesehen, daß der deformierbare Körper verdrehsicher mit einer Andruckscheibe in Verbindung ist, welche ein Innengewinde aufweist, das in ein Außengewinde einer von außen betätigbaren Welle eingreift.

Der deformierbare Körper wird dabei vorzugsweise durch Drehen der Welle deformiert, wodurch ein Widerstands-/- Spannungswert an dem Foliensensor abgreifbar ist, der immer eindeutig einer Drehposition der Welle zugeordnet ist.

Um einen beliebig wiederholbaren und dabei reproduzier baren Abgriff zu ermöglichen, ist der deformierbare Körper elastisch deformierbar.

Vorzugsweise besteht der deformierbare Körper aus einem Elastomer.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung einer Aus führungsform eines erfindungsgemäßen ver änderbaren Widerstandselements und

Fig. 2a, 2b schematisch den Aufbau eines an sich bekann ten Foliensensors im zylinderförmig aufge rollten Zustand zum Einbau in einem in Fig. I dargestellten veränderbaren Widerstands element und im abgewickelten Zustand.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt ein veränderbares Widerstandselement 1 ein im wesentlichen kreiszylin derförmiges Gehäuse 2, welches stirnseitig durch eine Bodenplatte 3 verschlossen ist. In dem Gehäuse ist in einem Lager 4 eine Welle 6 gelagert, die wenigstens teilweise ein Außengewinde 7 aufweist.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf ein veränderbares Widerstandselement 1 mit einem kreiszy linderförmigen Gehäuse 2 beschränkt ist, sondern vielmehr auch ein zylinderförmiges Gehäuse mit beliebi ger Grundfläche, beispielsweise mit einer elliptischen Grundfläche u. dgl., verwendet werden kann.

An einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses 2 ist ein Foliensensor 8 angeordnet. Wie aus Fig. 2a und 2b hervorgeht, weist ein solcher, an sich bekannter Folien(druck)sensor 8 (Force Sensing Resistor, FSR) zwei Polymerfilme auf, wobei ein Leiterbild in Form eines Satzes ineinandergreifender Elektroden 23, 24 auf einen Polymerfilm 21 aufgetragen ist, der von einem weiteren zumeist als Halbleiterpolymer ausgebildeten Polymerfilm überdeckt ist (nicht dargestellt). Durch Beaufschlagung des Foliensensors 8 mit einem Druck ist sein Widerstandswert veränderbar.

In das Außengewinde 7 der Welle 6 greift ein in Axialrichtung angeordnetes Innengewinde 9 einer Andruckscheibe 12 ein. Diese liegt über eine ver drehsichere Profilierung 13 oder auch kraftschlüssig am deformierbaren Körpers 11 an.

Auf der der verdrehsicheren Profilierung 13 gegenüber liegenden Seite 14 liegt der deformierbare Körper 11 form- und/oder kraftschlüssig an einer Anlagefläche 16 des Gehäuses 2 an, so daß er in dem Gehäuse 2 axial und radial nicht beweglich ist.

Wenn die Welle 6 in eine Drehbewegung versetzt wird, schraubt sich gewissermaßen das Außengewinde 7 in das Innengewinde 9 der radial nicht beweglichen, deformier baren Andruckscheibe 12 ein. Hierdurch wird der elastisch deformierbare, zumeist aus einem Elastomer bestehende Körper 11 definiert verformt, da auf ihn eine in Axialrichtung wirkende Kraft ausgeübt wird.

Diese eingeleitete Kraft wird zum Teil über die außenliegende radiale Fläche 25 als Druck auf den Foliensensor 8 übertragen, wo eine Widerstands- bzw. Spannungsänderung über seinen gesamten Sensorbereich gleichzeitig erzielt wird.

Der auf den Foliensensor 8 ausgeübte Druck und die damit definierte Signalgröße sind unmittelbar einer genauen Winkelposition der Welle 6 zugeordnet. Die Übertragungselemente stehen über den elastisch defor mierbaren Körper 11 unter einer - wenn auch nur geringfügigen - Vorspannung und ermöglichen eine spiel- und damit eine weitestgehende hysteresefreie Funktion bei Vor- und Rücklauf der Drehung der Welle 6.

Der Vorteil dieses Widerstandselementes 1 ist, daß keinerlei Abrieb der Abgriffselemente entstehen kann, da die Abgriffselemente zwar in formschlüssigem Kontakt miteinander stehen, jedoch keine - beispielsweise eine Widerstandsbahn abtragende - verschleißende Reibver bindung besteht.

Darüber hinaus kann eventuell in das Gehäuse 2 ein dringende Feuchtigkeit die Präzision dieses Wider standselementes in keiner Weise beeinträchtigen, da sowohl der Foliensensor 8 als auch der deformierbare Körper 11 diesbezüglich unempfindlich sind.

Claims

1. Veränderbares Widerstandselement mit einem Gehäu se, mit einem in dem Gehäuse angeordneten ersten Abgriffselement und mit einem von außerhalb des Gehäuses betätigbaren, in dem Gehäuse angeordneten und mit dem ersten Abgriffselement in Wirkver bindung stehenden zweiten Abgriffselement, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abgriffselement ein Foliensensor (8) ist, der seinen Widerstands-/- Spannungswert durch Beaufschlagung mit einem Druck ändert, und daß das zweite Abgriffselement ein deformierbarer Körper (11) ist, der zur Ausübung eines Drucks auf den Foliensensor (8) verformbar ist.

2. Veränderbares Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Foliensensor (8) an einer inneren Fläche des Gehäuses (2) angeord net ist.

3. Veränderbares Widerstandselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) eine zylinderförmige Gestalt aufweist.

4. Veränderbares Widerstandselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der deformierbare Körper (11) eine Gestalt aufweist, die im wesentlichen dem, zur Erzielung der auf den Foliensensor (8) wirkenden Druck änderung notwendigen, Kraftlinienverlauf angepaßt ist.

5. Veränderbares Widerstandselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der deformierbare Körper (11) verdrehsicher mit einer Andruckscheibe (12) in Verbindung ist, welche ein Innengewinde (9) aufweist, das in ein Außengewinde (7) einer von außen betätigbaren Welle (6) eingreift.

6. Veränderbares Widerstandselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der deformierbare Körper (11) durch Drehen der Welle (6) deformier bar ist.

7. Veränderbares Widerstandselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der deformierbare Körper (11) elastisch deformierbar ist.

8. Veränderbares Widerstandselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der deformierbare Körper (11) aus einem Elastomer besteht.