DE2352974A1 - Drehwiderstand - Google Patents

Description

Andrejewski, Honke & Gesthuysen Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke . Diplom-Ingenieur

Anwaltsakte: 42 286/Fs'th Hans Dieter Gesthuysen

4300 Essen, den 22.10.1975 Theaterplatz 3

Patentanmeldung
Copal Electronics Company Ltd.
No. 26, Sakuragawa-cho,
Shiba-Nishikubo, Minato-ku,
Tokyo, Japan

Drehwiderstand.

Die Widerstände, d.h. veränderliche Widerstände, wie "beispielsweise Trimmpotentiometer, bestehen im allgemeinen aus einem Gehäuse und einem Unterteil, wobei ein veränderliches Widerstandselement, beispielsweise ein kreisbogenförmiger Schichtwiderstand, ein Drehteil, ein Kontaktläufer und mit einem Schaltkreis außerhalb des Widerstandes verbundene Anschlußklemmen vorgesehen sind. Im allgemeinen läßt sich das Drehteil mittels eines Schraubendrehers oder dgl. verdrehen.

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Infolge der ständig wachsenden Anforderungen der Industrie bezüglich -der Verkleinerung derartiger Schaltungen hat man bereits zahlreiche Versuche unternommen, die Abmessungen derartiger Drehwiderstände so klein wie möglich zu halten. Bei einer Verkleinerung der Abmessungen und der Masse eines derartigen Drehwiderstandes ohne Verminderung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften eines derartigen Drehwiderstandes haben sich jedoch durch erhöhte Herstellungskosten der Drehwiderstände Schwierigkeiten herausgestellt. Es mußte festgestellt werden, daß diese Schwierigkeiten nicht nur dadurch überwunden werden können, daß die Abmessungen eines derartigen Widerstandes verkleinert werden. Mit einer derartigen Verkleinerung muß vielmehr eine Vereinfachung im Aufbau einhergehen. Bei den bisher üblichen Trimmpotentiometern ist ein Kontaktläufer vorgesehen, welcher aus mehreren übereinander gestapelten federnden Kontaktzungen besteht, wobei dieses Zungenpaket dann über die Oberfläche des Widerstandes hinweggleitet. Dabei wird im allgemeinen dieser Kontaktläufer, wenn die Abmessungen eines derartigen Drehwiderstandes verringert werden, in der Weise verkleinert, daß die Anzahl der übereinanderliegenden federnden Kontaktzungen verringert wird. Auoh hierbei haben sich jedoch Schwierigkeiten herausgestellt, sodaß es fast unmöglich erscheint, preiswerte Potentiometer oder Drehwiderstände mit kleinen Abmessungen und einem aus mehreren Kontaktzungen bestehenden Kontaktläufer herzustellen.

Bei einer Art eines derartigen Drehwiderstandes ist daher der Kontaktläufer in Form einer nachgiebigen Schraubenfeder *uegebildet, welche auf der Oberfläche des kreisbogenförmigtn

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Schichtwiderstandes verschoben wird. Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten in der Aufrechterhaltung der Stabilität des eingestellten Widerstandswertes, da dieser schraubenförmige Kontaktläufer sich längs der kreisbogenförmigen Bahn mit RoIl- und Gleitbewegungen verschiebt, sodaß der Kontaktläufer nicht biegsam genug .ist um Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Schichtwiderstandes genau folgen zu können.

Bei bekannten Drehwiderständen dieser Art ist außerdem der Kontaktläufer so lang ausgebildet, daß er von der Außenkante des kreisbogenförmigen Widerstandes aus über den Mittelpunkt des Drehteiles hinausgeht, d.h. daß er die radiale Breite des Schichtwiderstandes sowie den Durchmesser der in der Mitte befindlichen Kontaktplatte im Ganzen überdeckt, wie dies in der beiliegenden Figur 8B dargestellt ist.

Wird bei einem derartigen Drehwiderstand das Drehteil verdreht, sodaß der schraubenförmige Kontaktlaufer längs des kreisbogen-* förmigen Widerstandes verschoben wird,, so werden zwangsläufig die beiden Außenenden des Kontaktläufers in entgegengesetzter Richtung verschoben, wobei die Linie, um welche jedes Außenende in entgegengesetzter Richtung verdreht wird, durch den Mittelpunkt des Unterteiles bezw. des Drehteiles hindurchgeht. Bei Erreichen des Maximalwertes dieses Drehmomentes setzt dann an jedem Ende der Schraubenfeder eine rückläufige Röllbewegung ein. Infolgedessen wird der Kontaktläufer beim Verschieben längs der Oberfläche des Widerstandes fortlaufend einer Gleit- und Rollbewegung ausgesetzt, wodurch der Außendurchmesser und die Länge des Kontaktläufers durch dessen Verformung verändert

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werden und dieser gelockert wird. Infolgedessen ist keine Gewähr mehr gegeben, daß die berechneten Optimalwerte für die elektrischen und mechanischen Eigenschaften eines derartigen Drehwiderstandes oder Potentiometers erhalten bleiben.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Drehwiderstand der vorgenannten Art in der Weise zu verbessern, daß selbst bei sehr kleinen Abmessungen die elektrischen und mechanischen Eigenschaften stets unverändert erhalten bleiben.

Ein erfindungsgemäßer Drehwiderstand, bestehend aus einem Unterteil mit an seiner Obe seite konzentrisch angeordneter Kollektorplatte und diese umgebendem kreisbogenförrnigem Schichtwiderstand, an welche Anschlußstifte angeschlossen sind, einem den Läufer tragenden Drehteil und einer das Drehteil verdrehbar mit dem Unterteil verbindenden Kappe ist daher im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das Drehteil einen oben aus der Kappe herausragenden Lagerzapfen mit einem Schlitz zum Einsetzen eines Schraubendrehers oder dgl. trägt und an seiner Unterseite eine radial verlaufende Ausnehmung mit etwa trapezförmigem Querschnitt aufweist, in welcher der als Spiralfeder ausgebildete federnde Kontaktläufer sowie ein aus Isolierstoff bestehendes nachgiebiges Druckpolster derart angeordnet sind, daß nach erfolgtem Zusammenbau des Drehwiderstandes durch Einschnappen von Haltezungen an der Unterkante der Kappe in entsprechende Schlitze des Unterteils das Druckpolster mit seiner Unterseite den Kontaktläufer teilweise umfaßt, wodurch eine Rollbewegung des Kontaktläufers bei Verdrehung des Drehteiles gegenüber dem feststehenden Unterteil verhinderbar ist.

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Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung besitzt der federnde spiralförmige Kontaktläufer eine nur einen Teil des Abstandes der Außenkante des kreisbogenförmigen Schichtwiderstandes vom Mittelpunkt des Unterteiles entsprechende Längenausdehnung, wodurch erreicht wird, daß der Kontaktläufer glatt über den kreisbogenförmigen Schichtwiderstand hinweggleitet, ohne daß sein Außendurchmesser verändert wird und seine Außenenden locker werden oder irgendwie verformt werden. Das nachgiebige Druckpolster besteht vorzugsweise aus Silikonkautschuk und die Anschlußstife für die Kollektorplatte bezw* die beiden Enden des kreisbogenförmigen Schichtwiderstandes sind mittels einer in eine Ausnehmung an der Unterseite des Unterteiles eingefüllten aushärtenden Isoliermasse unverrückbar im Unterteil fixiert. Dadurch ergibt sich ein sehr kompakter unbedingt erschütterungsfester Drehwiderstand mit stets gleichbleibend optimalen elektrischen und mechanischen Eigenschaften.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Drehwiderstand in perspektivischer Darstellung;

Figur 2 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel aus Fig.Γ längs der Linie X-X;

Figur 3 einen Schnitt durch Fig.2 längs der Linie Y-Y; Figur 4 eine Draufsicht auf das,Unterteil;

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Figur 5 einen Schnitt durch Fig.4 längs der Linie Z-Z; Figur 6 das Unterteil von unten gesehen;

Figur 7 eine Seitenansicht des Unterteiles in Blickrichtung des Pfeiles aus Fig.4;

Figur 8A einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.2 zur Darstellung der Anordnung und Länge des erfindungsgemäßen Kontaktläufersj

Figur 8b den gleichen Ausschnitt aus einem üblichen Drehwiderstand mit spiralförmigem Kontaktläufer;

Figur 9A die Lage und Form des erfindungsgemäßen spiralförmigen Kontaktläufers und des über ihm liegenden Druckpolsters vor dem Zusammenbau des Drehwiderstandes;

Figur 9B die gleichen Teile bei zusammengebautem Drehwiderstand;

Figur 10 ein Diagramm zur Darstellung der Veränderung des Kontaktwiderstandes bei einem erfindungsgemäßen Drehwiderstand gegenüber einem herkömmlichen Drehwiderstand; . und':

Figur 11 ein Diagramm zur Darstellung der Stabilitätsveränderung bei einem erfindungsgemäßen Drehwiderstand gegenüber einem Drehwiderstand herkömmlicher Art.

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Der in Figur 1 im Ganzen dargestellte erfindungsgemäße Drehwiderstand 1 besitzt ein Unterteil 3 aus keramischem Werkstoff und eine zylindrische Kappe 2 aus Metallblech., welche im Tiefziehverfahren hergestellt ist und mit dem Unterteil- 3> mittels Haltezungen 4a, 4b und 4c verbunden ist, welche in entsprechende Schlitze 5a, 5t> und 5c einschnappen, wie dies aus Figur 2 für die Haltezunge 4a ersichtlich ist.

Auf diese Weise ist die Kappe 2 fest derart mit dem Unterteil J verbunden, daß ein von jeglichen Wärmeeinwirkungen freier und erschütterungsfester Drehwiderstand bei optimaler Veränderung der Stabilität entsteht.

In dem Hohlraum unterhalb der Kappe 2 zwischen dieser und dem Unterteil 3 ist ein zylindrisches Drehteil β angeordnet, welches mit einem Lagerzapfen 7 aus einer kreisrunden Öffnung an der Oberseite der Kappe 2 herausragt, der an seiner Oberseite einen Längsschlitz 8 zum Einsetzen eines Schraubendrehers oder dgl. zwecks Verdrehung des Drehteiles aufweist. Dieses zylindrische Drehteil 6, welches auf diese Weise um einen Winkel von 270° im Uhrzeigersinn bezw, entgegen dem Uhrzeigersinn verdrehbar ist, weist an seiner Unterseite eine kreisringförmige Auflagerippe 9 auf, innerhalb welcher eine flache kreisförmige Vertiefung 15 den erforderlichen Abstand zwischen dem auf der Oberseite des Unterteiles angeordneten Widerstand und der Kontaktplatte sowie der Unterseite des Drehteiles ergibt. Außerhalb der kreisringförmigen Auflagerippe 9 weist das Drehteil 6 eine nach unten und außen offene Ringnut auf, in welche ein Rundschnurring 10 eingesetzt ist, welcher beim Zusammenbau

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zwischen der Kappe 2, dem Unterteil 3 und dem Drehteil 6 eingepreßt wird und somit das Eindringen von Staub, Fett oder Feuchtigkeit verhindert.

Das Unterteil 3 trägt an seiner Oberseite einen kreisringförmigen, ebenen Schichtwiderstand 11 aus an sich bekanntem Werkstoff sowie eine kreisrunde Kollektorplatte 12, welche beispielsweise als dünne Schicht aus Kontaktsilber aufgetragen ist. Der Mittelpunkt des kreisbogenförmigen SchichtwiderStandes 11 und der kreisrunden Kollektorplatte 12 fallen mit der Mitte des Unterteiles 3 bezw. des gesamten Drehwiderstandes oder Rtentiometers 1 zusammen. Die beiden Enden des Schichtwiderstandes 11 sind indirekt elektrisch leitend mit hakenförmigen Anschlußstiften 13a und 13b verbunden, während ein gleichartiger Anschlußstift 13c mit der Kollektorplatte 12 verbunden ist. Dabei werden zunächst die oberen Enden der Anschlußstifte 13a, 13b und 13c in am Boden des Unterteiles 3 ausgebildete Löcher eingesetzt und dann mittels elektrisch leitender Klebmasse der Anschlußstift 13c mit der Kollektorplatte 12 sowie die Anschlußstifte 13a und 13b mit Anschlußfahnen 20a bezw. 20b verbunden. Diese Anschlußfahnen sind derart ausgebildet, daß sie mit ihrer einen Kante das entsprechende Ende des kreisbogenförmigen Schichtwiderstandes 14 überlappen, sodaß die Anschlußstifte 13a und 13b indirekt mit diesem Schichtwiderstand verbunden sind. Alsdann wird in eine an der Unterseite des Unterteiles 3 ausgebildete Ausnehmung 14 eine Isoliermasse eingefüllt, welche nach dem Aushärten die Anschlußstifte 13a, 13£> und 13c unverrückbar fest mit dem Unterteil 3 verbindet, sodaß ein unbedingt stoßfestes Ganzes entsteht.

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In der Mitte der flachen kreisförmigen Vertiefung 15 innerhalb der Auflagerippe 9 an der Unterseite des Drehteiles 6 ist eine Ausnehmung 1β in einer derartigen Länge ausgebildet.,daß sie sich über die Breite des Schichtwiderstandes 11 bis kurz vor das Ende des in der Mitte des Unterteiles 3 liegenden Anschlußstiftes l^c erstreckt. In dieser an ihrer Oberseite trapezförmig ausgebildete Ausnehmung 16 ist der erfindungsgemäße Kontaktläufer YJ angeordnet, welcher sich infolgedessen von der Außenkante des Schichtwiderstandes 11 über dessen gesamte Breite bis zur Kollektorplatte 12 erstreckt, ohne über den Mittelpunkt der letztgenannten Platte hinwegzureichen. Der Kontaktläufer 17 besteht aus einem zu einer Schraubenfeder gewundenen dünnen Draht aus nachgiebigem elektrisch leitendem Material wie Phosphorbronze oder einer anderen .Legierung, wobei allerdings auch ein Edelmetall wie Gold oder eine andere Edelmetall egierung verwendet werden können. Der Durchmesser und die Länge des schraubenförmigen Kontaktläufers IT entsprechen mit geringem Spiel der Breite und Länge der Ausnehmung l6. In dieser Ausnehmung 16 jst außerdem über dem Kontaktläufer 17 ein im Querschnitt rechteckiges nachgiebiges Druckpolsfeer 18 angeordnet, welches vorzugsweise aus Silikonkautschuk besteht, jedoch auch aus irgendeinem anderen Werkstoff hergestellt werden kann.

Nach dem Aufsetzen des Drehteiles 6 auf das Unterteil j5 und der Verbindung beider Teile mittels der zylindrischen Kappe drückt das nachgiebige Druckpolster l8 den schraubenförmigen Kontaktläufer I7 nach unten gegen die ebene Oberseite des Schichtwiderstandes IJL sowie gegen die Kollektorplatte 12.

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Bei Verdrehung des Drehteiles β zwecks Einstellung des elektrischen Widerstandes wird der in der Ausnehmung 16 festgehaltene Kontaktläufer 17 längs der Bahn des SchichtwiderStandes 11 und der der Kollektorplatte 12 um die Achse des Potentiometers verdreht. Beim Zusammenbau des Drehwiderstandes wird die Oberseite des Druckpolsters 18 kräftig nach oben in die trapezförmige Oberseite der Ausnehmung 16 gepreßt, während sich gleichzeitig ihre Unterseite der Form des schraubenförmigen Kontaktläufers 17 anpaßt, sodaß die unteren Außenkanten des Druckpolsters 18 den Kontaktläufer 17 regelrecht umfassen, wie dies in Figur 9B dargestellt ist. Dadurch wird die Rollneigung des schraubenförmigen Kontaktläufers 17 bei einer Verdrehung des Drehteiles 6 vollkommen ausgeschaltet, sodaß der Kontaktläufer ohne jegliche Rollbewegung auf dem kreisbogenförmigen Schichtwiderstand 11 und der Kontaktplatte 12 entlanggleitet. Infolgedessen erreicht man eine optimale Veränderung des Widerstandswertes praktisch ohne Veränderung der Stabilität und weitere elektrische Eigenschaften in einer Weise, wie dies bisher bei derartigen Drehwiderständen nicht erzielbar war. Die erwähnte reine Gleitbewegung des Kontaktläufers 17 läßt sich naturgemäß durch entsprechende Auswahl der Härte des Materials für das nachgiebige Druckpolster steuern, da die Erzielung dieser Gleitbewegung praktisch nur-unter dem Einfluß einer dreifachen Rückstoß- oder Federkraft entsteht, und zwar dem Biegemoment des Materials dieses an zwei Stellen aufliegenden Druckpolsters, der Rückprallkraft des Materials selbst in Richtung der Pfeile aus Figur 9B und der Federkraft der Schraubenfeder des Kontaktläufers 17.

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Die Veränderung des elektrischen Kontaktes bei Verdrehung des Drehteiles wurde auf einem Aufzeichnungsgerät aufgezeichnet;, wobei die in den Figuren 10A, 1OB und 1OG dargestellten Kurven entstanden. Dabei zeigt Figur lOÄ die Veränderung im elektrischen Kontakt bei einem erfindungsgemäßen Drehwiderstand, Figur 1OB die gleiche Veränderung bei einem Drehwiderstand mit mehreren Kontaktzungen als Kontaktläufer und Figur IOC die gleichen Veränderungen bei einem Drehwiderstand mit einem schraubenförmigen Kontaktlaufer, welcher bei seiner Drehbewegung sowohl eine Gleit- wie eine Rollbewegung ausführt.

Die Lebensdauer und die Veränderung der Stabilität (die eingestellte Spannung) ist in Figur 11 für einen erfindungsgemäßen Drehwiderstand (Fig.HA), für einen Drehwiderstand mit einem aus mehreren Kontaktzungen·bestehenden Kontaktläufer (Fig.llB) und für einen herkömmlichen Drehwiderstand mit schraubenförmigem Kontaktläufer, der beim Verdrehen eine Gleit- und Rollbewegung ausführt (Fig.HG), dargestellt.

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Claims (2)

Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz 3 - 12 - Patentansprüche :

1./ Drehwiderstand, bestehend aus einem Unterteil mit an seiner Oberseite konzentrisch angeordneter Kollektorplatte und diese umgebendem kreisbogenförmigem Schichtwiderstand, an welche Anschlußstifte angeschlossen sind, einem den Läufer tragenden Drehteil und einer das Drehteil verdrehbar mit dem Unterteil verbindenden Kappe, dadurch gekennzeichnet daß das Drehteil (6) einen oben aus der Kappe (2) herausragenden Lagerzapfen (7) mit einem Schlitz (8) zum Einsetzen eines Schraubendrehers oder dgl. trägt und an seiner Unterseite eine radial verlaufende Ausnehmung (16) mit etwa trapezförmigem Querschnitt aufweist, in welcher der als Spiralfeder ausgebildete federnde Kontaktläufer (17) sowie ein aus Isolierstoff bestehendes nachgiebiges Druckpolster (18) derart angeordnet sind, daß nach erfolgtem Zusammenbau des Drehwiderstandes durch Einschnappen von Haltezungen (4a, 4b, 4c) an der Unterkante der Kappe in entsprechende Schlitze (5a, 5b, 5c) des Unterteils das Druckpolster mit seiner Unterseite den Kontaktläufer teilweise umfaßt, wodurch eine Rollbewegung des Kontaktläufers bei Verdrehung des Drehteiles gegenüber dem feststehenden Unterteil verhinderbar ist.

2. Drehwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der federnde spiralförmige Kontaktläufer (17) eine nur einem Teil des Abstandes der Außenkante des kreisbogenförmigen Schichtwiderstandes (11) vom Mittelpunkt des Unterteiles entsprechende Längenausdehnung besitzt.

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3· Drehwiderstand nach Anspruch 1 und 2.₃ dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Druckpolster (18) aus Silikonkautschuk besteht und die Anschlußstifte (13a, 13b,-13c)"für die Kollektorplatte (12) bezw. die beiden Enden des kreisbogenförmigen SchichtwiderStandes (11) mittels in eine Ausnehmung (14) an der Unterseite des Unterteiles (3) eingefüllter aushärtender Isoliermasse im Unterteil unverrückbar fixiert sind.

Patentanwalt.