DE2537717C3 - Mehrfachstromabnehmer für einstellbare elektrische Widerstände und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrfachstrom abnehmer für einstellbare elektrische Widerstände, insbesondere für die Meß- und Regeltechnik, sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung, wobei der Mehrfachstromabnehmer mit mehreren, zu einer Einheit zusammengefaßten, in gleichen Abständen angeordneten, voneinander unabhängig federnden Kontaktelemenlen versehen ist, deren jeweilige Form annähernd einem beiderseits abgeplatteten Kreisring entspricht, dessen eine Schmalseite aufgeschnitten ist und von dessen einander gegenüberliegenden Breitseiten die eine flach und die andere mit einem das Widerstandselement kontaktierenden Krümmer versehen ist, dessen leitfähiger Querschnitt im wesentlichen kreisförmig ist.

Es ist bekannt, daß bei einstellbaren, meist relativ hochohmigen Widerständen die Gefahr besteht, daß sich der Obergangswiderstand zwischen dem Mehrfachstromabnehmer und der Widerstandsbahn entlang des Steliweges ändert, was sich einerseits in einer Ungenauigkeit in der Einstellung, andererseits in dem sogenannten Bewegungsrauschen äußert und sowohl die Einstellgenauigkeit, als auch die Spurtreue nachteilig beeinflußt.

ίο Falls die Widerstandsbahn aus einer Kohleschicht oder sogenannten Cermetwiderständen aus unendlich kleinen, in absolut homogener Verteilung vorliegenden Teilchen bestehen und der Mehrfachstromabnehmer eine vollkommene Kugelfläche aufweisen würden, so wäre in erster Näherung entlang der Schleifbahn eine rauschfre'.er, konstanter Übergang gegeben. Praktisch sind aber diese Forderungen — weder bei drahtgewikkelten noch bei Widerstandsbahnen, die aus in einer Trägermasse verteilten Widerstandskörnern bestehen — erreichbar. Deshalb werden bei den meisten bekannten Mehrfachstromabnehmern linienförmig oder kugelflächenähnliche Kontaktelemente mit vergrößerter Kontaktfläche und entsprechend hohem Kontaktdruck verwendet.

Um den Übergangswiderstand möglichst niedrig und konstant zu halten, muß ein Kontaktdruck ganz bestimmter Größe eingehalten werden. Dieser notwendigerweise hohe Kontaktdruck bewirkt einen ungewünschten und meist vorzeitigen Verschleiß der

JO KontaklDahn.

Ein Mehrfachstromabnehmer der eingangs erwähnten Bauart ist aus der GB-PS 10 06 633 bekannt. Der bekannte Mehrfachstromabnehmer hat mehrere streifenförmige aus elektrisch leitfähigem Plattenmaterial hergestellte und zu einer Einheit zusammengefaßte Kontakt .rager, auf denen quer zu ihnen Kontaktelemente befestigt sind. Die Kontaktelemente selbst bestehen dabei aus Runddraht und sind in Form eines »C« bzw. in Form eines geschlitzten oder aufgeschnitte-

•»ο nen Ringes gebogen. Damit auf möglichst einfache Weise eine Befestigung der Kontaktelemente an den Kontaktträgern erreicht ist, sind letztere an ihren gegenüberliegenden Platlenrändern mit Einkerbungen versehen, in welchen die Kontaktelemente gehalten sind. Die Ausbildung der Kontaktelemente in Form eines aufgeschnittenen Ringes erleichtert somit in erster Linie die Montage des bekannten Stromabnehmers, da dadurch beim Befestigungsvorgang ein kurzzeitiges Auffedern der Kontaktelemente möglich ist, um diese über den jeweiligen Kontaktträger bis zu den Einkerbungen zu schieben, in denen die Kontaktelemente nach dem Rückfedern axial festgelegt sind. Die Kontaktträger, durch die quer zur Bewegungsrichtung ein hohes Trägheitsmoment erreicht wird, verhindern bei dem bekannten Mehrfachstromabnehmer ein Auswandern der Kontaktelemente aus dessen Bewegungsbahn. Der bekannte Mehrfachslromabnehmer i>>t aber insgesamt konstruktiv sehr kompliziert und aufwendig aufgebaut

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mehrfachstromabnehmer für einstellbare elektrische Widerstände und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu scbafi'cn, bei dem die federnden Kontaktelemente aus einem Runddrahl hergestellt sind,

b^r> die nur durch örtliche Verformung des Runddrahtes eine hohe Spurtreue aufweisen bei gleichwohl dauerhaften und guten Federeigenschaften und dabei wen^:gstens annähernd eine punktförmige Kontaktgabe an der

Kontaktstelle sicherstellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Mehrfachstromabnehmer der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß in der Mitte der den Krümmer aufweisenden Breitseite der Kontaktelemente sich an den Krümmer eine von außen gesehen konkave Einwölbung anschließt, deren Krümmungshalbmesser kleiner als die halbe Breite der Breitseite ist, und daß der leitfähige Querschnitt eines jeden der Kontaktelemente an den Schmalseiten kreisförmig ist und im Bereich der Einwölbung annähernd oval verformt ist, und daß mindestens zwei solcher Kontaktelemente an der ungewölbten Breitseite elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind.

Gegenüber dem bekannten Mehrfachstromabnehmer entfallen bei dem erfindungsgemäßen die Kontaktträger. Deren Funktion übernehmen bei dem erfindungsgemüßen Mehrfachstromabnehmer die Kontaktelemente selbst, indem der zwischen Kontaktstelle unJ Schmalseite der K-oiitaktelemente liegende Drahtabschnitt derart flach gewalzt ist, daß seine abgeflachten Flächen parallel zur Bewegungsebene der Kontaktelemente bzw. des Mehrfachstromabnehmers liegen. Dadurch wird zum einen ein quer zur Bewegungsrichtung erhöhtes Trägheitsmoment errer-ht, so daß die in dieser Bewegungsrichtung auftreteni.en Beanspruchungen ohne Ausfederung des auskragenden abgeflachten Bereichs in den durch die feste Verbindung beispielsweise auf einem Trägerband wesentlich steiferen Bereich an der flachen Breitseite eingeleitet werden, was die hohe Spurtreue bei dem erfindungsgemäßen Mehrfachstromabnehmer gewährleistet. Zum andern wird durch dip Abflachung des Runddrahtes ein senkrecht zur Bewegungsrichtung niedrigeres Trägheitsmoment erreicht, so daß die den Kontaktdruck beeinflussenden Bewegungen biegeelastischer in dem für sie geschwächten Drahtabschnitt erfolgen und dadurch die Kontaktelemente weich federnd, eine hohe Einstellgenauigkeit gewährleistend auf der Widerstandsbahn aufliegen.

Da der Runddraht nur in dem zwischen Kontaktstelle und Schmalseite der Kontaktelemente liegenden Bereich verformt wird, behält er im Bereich der Kontaktstelle seinen kreisförmigen Querschnitt, so daß eine annähernd punktförmige Kontaktgabe an der Kontaktstelle sichergestellt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.

Ein bevorzugi.es Verfahren zur Herstellung von Mehrfachstromabnehmer nach Patentanspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Wickel aus Kontaktelementmaterial auf einen querschnittsverformbaren Kerndraht aufgewickelt, mit diesem zusammen ovalgedrückt und festgelegt wird, daß dann die Einwölbung eingewalzt wird, daß danach ein Trägerband mit den Windungen des Wickels an dessen der Einwölbung gegenüberliegenden Breitseite fest verbunden wird und danach der Wickel an seiner einen Schmalseite aufgeschnitten und der Kerndraht entfernt wird, wonach das Trägerband entsprechend der jeweiligen erforderlichen Kontaktelementenzahl in Einzelstücke zerteilt wird.

Aus der DEOS 22 24 ?82 ist zwar ein Verfahren zur Herstellung von Mehrfachstromabnehmern bekannt, bei dem ein Draht aus Kontaktelementmaterial auf einen Kern aufgewickelt wird und auf den Wickel am Umfang verteilt mehrere axial verlaufende Verbindungsstreifen befestigt werden, wonach der Wickel aufgeschnitten und zwischen benachbarten Streifen zur Erzeugung von Stromabnehmerelementen weiter zerschnitten wird. Hier wird jedoch der Wickel vor der Zerteilung in Einzelstücke zu einer Platte ausgebreitet

Bei dem Verfahren gemäß Patentanspruch 4 wird dagegen von der auf den Kern erzeugten Form des Wickels für die besondere Gestaltung des Mehrfachstromabnehmers bzw. seiner Kontaktelemente Gebrauch gemacht Der Kerndraht besteht dabei aus einem querschnittsverformbaren Material. Beim Einwalzen wird der Wickel teilweise in den Kerndraht hineingedrückt und so festgehalten. Danach werden die Windungen des Wickeldrahtes miteinander an der der Verformung gegenüberliegenden (flachen, geraden) Seite durch Löten oder andere bekannte Verfahren einseitig miteinander und mit dem aufgelegten metallischen Band mechanisch und elektrisch verbunden. Danach werden der Wickel in einer Ebene, welche quer zu der Abflachungsebene liegt, einseitig aufgeschlitzt und der Kerndraht entfernt, was durch das Aufspringen der nunmehr frei auffedernden ringartigen Kontaktelemente sehr leicht durchgeführt werden kann. Dann wird das Gebilde in den gewünschten Abmessungen geteilt

Der erfindungsgemäße Mehrfachstromabnehmer bzw. dessen Kontaktelemente sowie das zu seiner Herstellung dienende Verfahren werden anhand von Ausführungsbeispielen, die aus der Zeichnung ersichtlich sind, in der folgenden Beschreibung erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kon-

iu taktelementes des Mehrfachstromabnehmers,

Fig. 2 den Querschnitt eines Kontaktelementes an deren die Federungseigenschaften bestimmenden, von außen gesehen konkave Einwölbung,
F i g. 3 die Änderung des Obergangswiderstandes mit dem Drehwinkel bei einem Drehpotentiometer in Abhängigkeit von der Anzahl der Kontaktelemente,

Fig.4 eine Prinzipskizze einer zur Ausführung des Verfahrens zur Herstellung des Mehrfachstromabnehmers vorteilhaften Einrichtung und

F i g. 5 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Aufschlitzvorganges an dem verlöteten, noch an dem Kerndraht festsitzenden Wickel.

Aus Fig. 1 ist die Seitenansicht des Mehrfachstromabnehmer-Kontaktelementes im einbaufähigen Zustand ersichtlich. Wie bereits vorher erwähnt, bilden mindestens zwei solche zusammenhängende Kontaktelemente den Stromabnehmer.

Der zunächst in bekannter Weise aus einem isolierten oder nicht isolierten Kerndraht hergestellte, durch den

^ri(i ersten Walzvorgang abgeflachte Wickel, also das Ausgangsprodukt, wird danach an einer flachen Seile mit einer Rolle, deren wirksame Walzenbreite mit einem Radius R abgerundet ist, der kleiner als der Radius des größten, um den abgeflachten Wickel umschreibbaren Kreises ist, derart deformiert, daß der Querschnitt des Kontaktelementmaterials im Bereich C-D durch bleibende Formänderung mit einem Seitenverhältnis S/B von 1 : 1,5 bis 1:3 (vgl. Fig. 2, Schnitt E-E') flachgedrückt wird, während an der sich

fao anschließenden Teilstrecke des Kreisquerschnitt erhallen bleibt (Fig. 1, F), so daß mindestens an der Kontaktstelle F des Stromabnehmers der angenäherte Kreisquerschnitt vorhanden ist. Dadurch und durch die Krü.nmung dieser Teilstrecke mit dem Radius Ro ist

b5 eine nahezu kreisförmige Kontaktstelle F oder eine dieser sehr nahe kommende ovale Kontaktstelle gewährleistet, während im Bereich C-D ein quer zur Bewegungsrichtung des Stromabnehmers gegenüber

dem Kreisquerschnitt bedeutend erhöhtes Flächenträgheitsmoment vorhanden ist. Die einzelnen Kontaktelemente des Stromabnehmers haben daher eine große Steifigkeit quer zur Bewegungsrichtung, während ihr Federdruck infolge der fast einen Halbkreis bildenden flachen Feder auch bei Unebenheiten der Widerstandsbahn oder bei nicht ganz senkrechter Lage der Drehachse praktisch gleich bleibt

Jede Einzelwindung des Kontaktelementmaterials hat bereits aufgrund des ersten Walzvorganges eine beträchtliche mechanische Vorspannung, welche durch den zweiten Walzvorgang noch erhöht wird.

Diese Spannung reicht aus, um die Einzelwindung nach dem Aufschlitzen um den Winkel λ aufspringen zu lassen. Die durch die Formänderung während des Walzens entstandenen inneren Spannungen ergeben eine Reserve im Ausschlagwinkelbereich der Feder, wodurch die Montage — unter Berücksichtigung der durch die lange Federlänge erreichten weichen Federung — sehr erleichtert und weniger störanfällig wird. Da die mechanische Vorspannung bei allen Kontaktelementen verfahrensbedingt dieselbe ist, liegen die einzelnen Kontakte eines Mehrfachstromabnehmers mit demselben Kontaktdruck auf.

Da die einzelnen Windungen vor dem Aufschlitzen und Entfernen des Kerndrahtes an der den Kontaktstellen gegenüberliegenden Seite miteinander mechanisch sowie elektrisch verbunden sind, bilden die einzelnen Kontaktelemente auch nach der Fertigstellung (Aufschlitzen, Entfernen des Wickelkerns ) eine zusammenhängende, kontinuierliche Reihe, welche in Mehrfachstromabnehmereinheiten mit beliebiger Kontaktfingerzahl aufgeteilt (zerstückelt) werden kann.

Fig.3 zeigt die Vorteile des Mehrfachstromabnehmers aufgrund einer Meßreihe. Im Falle eines aus einem einzelnen — jedoch im übrigen entsprechend dem Mehrfachstromabnehmer ausgebildeten — Kontaktelements kann der Übergangswiderstand bis zu 10% schwanken. Bei den heute üblichen Mehrfachstromabnehmern kann man allerdings auf Kosten eines überhohen Kontaktdruckes bei erstklassiger Ausführung die 3%-Grenze erreichen.

Wie aus Fig.3 ersichtlich, streut die Kurve des Übergangswiderstandes bei nur drei Kontaktelementen kaum über die 3%-Grenze (Kurve 3) hinaus und bleibt

ίο bei sechs Kontaktelementen unter 2% (Kurve 2), bei neun Kontaktelementen sogar unter 1,5% (Kurve 1).

Fig.4 zeigt eine Prinzipskizze einer zur Durchführung des Verfahrens verwendbaren Vorrichtung. Ausgangsprodukt ist ein Wickel aus dem das spätere Kontaktelement bildenden Kontaktmaterial K — vorzugsweise Runddraht —, das in bekannter Weise auf den Kerndraht / gewickelt ist, wonach das Ganze flachgewalzt wird. Dieses Vor- oder Ausgangsprodukt wird, beispielsweise durch seitliche Führungsschienen geführt, und von einem glatten Widerlager z. B. einem glattflächigen Zylinder M gestützt, unter die Verformungsrolle L geführt, wobei die mit dem Radius R im Längsschnitt abgerundete Verformungsrolle L eine Einwölbung einrollt.

Nach diesem den Kontaktelementmaterialquerschnitt unter der Rolle formenden Walzvorgang wird der noch den Kerndraht enthaltende Wickel an der Fläche T (F i g. 1) z. B. verlötet, bevorzugt unter Zuführung eines Verstärkungsbandes oder Drahtes, und danach aufgeschlitzt. Das Aufschlitzen geschieht in einer an sich bekannten Weise, z. B. zwischen Führungselementen O und P mit einer Schlitzsäge /V, bis mindestens zu einer den Durchmesser des Kontaktelementmaterials K entsprechenden Tiefe, also bis zum vollständigen Durchschneiden des Kontaktelementmaterials (F i g. 5).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   ί. Mehrfachstromabnehmer für einstellbare elektrische Widerstände, insbesondere für die Meß- und Regeltechnik, mit mehreren, zu einer Einheit zusammengefaßten, in gleichen Abständen angeordneten, voneinander unabhängig federnden Kontaktelementen, deren jeweilige Form annähernd einem beiderseits abgeplatteten Kreisring entspricht, dessen eine Schmalseite aufgeschnitten ist und von dessen einander gegenüberliegenden Breitseiten die eine flach und die andere mit einem das Widerstaiidselement kontaktierenden Krümmer versehen ist, dessen leitfähiger Querschnitt im wesentlichen kreisförmig ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der den Krümmer aufweisenden Breitseite tier Kontaktelemente sich an den Krümmer eine von außen gesehen konkave Einwölbung anschließt, deren Krümmungshalbmesser kleiner als die halbe Breite der Breitseite ist, und daß der leitfähige Querschnitt eines jeden der Kontaktelernente an den Schmalseiten kreisförmig ist und im Bereich der Einwölbung annähernd oval verformt ist, und daß mindestens zwei solcher Kontaktelemente an der ungewölbten Breitseite elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind.
2. 2. Mehrfachstromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Einweihung da:> Längenverhältnis (S/B) der kleinen zur großen Achse des ovalen leitfähigen Querschnittes des Kontaktelementes 1 : 1,5 bis 1 :3 beträgt.
3. 3. Mehrfachstromabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachte Verbindungslinie der einzelnen Kontaktstellen der Kontaktelemente mit ihrer Bewegungsrichtung einen Winkel von 90 ± 15° einschließt.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Mehrfachstromabnehmern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein V/ickel aus Kontaktelemenlmaterial auf einen querschnittsverformbaren Kerndraht aufgewickelt, mit diesem ovalgedrückt und festgelegt wird, daß dann die Einwölbung eingewalzt wird, daß danach ein Tragerband mit den Windungen des Wickels an dessen der Einwölbung gegenüberliegenden Breitseite fest verbunden wird und danach der Wickel an seiner einen Schmalseite aufgeschnitten und der Kerndraht entfernt wird, wonach das Trägerband entsprechend der jeweils erforderlichen Kontaktelementenzahl in Einzelslücke zerteilt wird.