DE2826785C2 - Durchdrehbares Drehpotentiometer - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Drehpotentiome- so ter nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein solches Drehpotentiometer ist bekannt aus der DE-AS 27 766, ferner aus der GB-PS 7 49 626. Bei den bekannten Drehpotentiometern besteht die an einer Stelle unterbrochene Widerstandsringbahn aus einem geeigneten Leitplastik-Widerstandsmaterial, wobei auf einem gemeinsamen Träger ferner noch eine Kollektorringbahn angeordnet ist. Beim Durchdrehen des Drehpotentiometers werden Widerstandsringbahn und Kollektorringbahn von tinem gemeinsamen Schleifer- w> teil kontaktiert, wobei die Schleifergleitfläche auf der Leitplastik-Widerstandsbahn aus Kohlenstoff bestehen kann, während ein die Kollektorringbahn bildender Metallring von dem Material der den Schleifer darstellenden Kontaktfeder unmittelbar überstrichen tr> ist. Zur Bildung des Abgriffs ist die Kollektroringbahn an einer geeigneten Stelle mit einem äußeren Kontaktglied versehen.

Diese bekannten Drehpotenziometer sind für einen Dauerbetrieb, wie er etwa zur Erzeugung von variablen Regelspannungen beim schnellen Durchdrehen des Schleifers über die Widerstandsringbahn auftritt, nicht geeignet, da die Metallbahnen des Kollektorringes hohe Geschwindigkeiten der Schlciterüberläufe ohne Beschädigungen nicht zulassen. Auch ist bei den bekannien Drehpotentiometern die erforderliche hohe Präzision auch im Langzeitbetrieb nicht zu erzielen, einmal aus den vorhergehenden Gründen und zum anderen weil die unterschiedlichen Materialpaarungen von Kollektorringbahn und Widerstandsringbahn notwendigerweise Thermospannungen bilden, die ihrerseits zu elektrolytischen Korrosionserscheinungen führen.

Drehpotentiometer allgemein sind ferner bekannt aus der GB-PS 14 81 922, der DE-OS 19 21 150, der CH-PS 2 43 462 sowie der DE-GM-Schrift 16 85 815. Bei allen, aus diesen Veröffentlichungen bekannten Drehpotentiometern ist der Kollektor von einer metallischen Ringform gebildet; bei der CH-PS 2 43 462 besteht der Kollektor aus einer unmittelbar auf dem Träger für die Widerstandsringbahn niedergeschlagene Metallschicht. In dieser Veröffentlichung wird zwar die für den Präzisionsbetrieb eines Potentiometers maßgebende Problematik der Kollektorringausbildung erkannt; zur Behebung der durch die metallische Ausbildung des Kollektors verursachten Nachteile wird jedoch vorgeschlagen, den Kontaktdruck des Schleifers entsprechend gering zu halten und diesen vorzugsweise aus einer Halbleitermasse herzustellen, um Störgeräusche zu vermeiden.

Bekannt ist schließlich aus der GB-PS 14 98 674 ein einstellbarer Widerstand oder Trimmer mit einem beidseitigen Anschlag für die Schleiferverdrehung, bei welchem die Kollektorringbahn und die Widerstandsbahn aus einem metallisch-keramischen Sintermaterial mit Widerstandseigenschaften bestehen. Die Kollektorringbahn überdeckt dabei in dünner Schicht ein ähnliches, aufgedrucktes metallisch-keramisches, elektrisch gut leitendes Material. Die Verwendung dieses metallisch-keramischen Widerstandsmaterials, welches beim Sintern eine glasige Oberfläche entwickelt, dient der Lösung der Aufgabe, bei einem Tauchlöten der drei metallischen Anschlußfahnen das Ablagern von Lotspritzern oder das Hochziehen des Lotes bis zu den kreisförmigen Widerstands- oder Kollektorringbahnen zu vermeiden. Solche Lotablagerungen würden die Drehbewegung des Schieifers beeinträchtigen. Die glasige Überschicht des metallisch-keramischen Sintermaterials ist lotabweisend und ermöglicht so eine hohe Produktionsrate bei geringen Herstellungskosten. Die Ablagerung der Widerstandsschicht auf den leitenden Bereichen, die auch die Kollektorinnenringbahn einschließen, wird wegen der nur extremen Dünne als erträglich angesehen. Diese Veröffentlichung betrifft von ihrer Bauart die Erfindung nicht, da die beidseitigen Anschläge für den Schleifer dessen Durchdrehbarkeit unmöglich und der mittig zwischen den beiden zur Widerstandsringbahn führenden Anschlüssen herausgeführte Koliektoranschluß die Durchdrehbarkeit auch sinnlos machen.

Der Erfindung liegt, ausgehend von dem bekannten Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, das Drehpotentiometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß bei hoher Einste!¹- und Durchdrehgeschwindigkeit und hoher Präzision eine große Lebensdauer und niedrige Thermospannungen gewährleistet sind.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Drehpotentiometer löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hat den Vorteil daß bei Aufbau der K-ollektorringbahn als Verbundeinheit aus einem Leitplastik-Widerstandsmaterial und einer elektrisch gut leitenden Ringschicht eine Identität zwischen dem Material der Widerstandsringbahn und der Kollektorringbahn gegeben ist, daher das von der Widerstandsringbahn abgegriffene Potential an jeder Stelle des gemeinsamen Schleiferteils verfälschungsfrei und ohne Ausbildung von Thermospannungen auf den elektrischen Abgriff-Anschluß des Potentiometers übertragen werden kann. Da auf den beiden Leitplastik-Ringbahnen für den Potentiometerwiderstand und den Kollektor identische Schleifer laufen, verbindet sich höchste Lebensdauer mit Schwingungssicherheit

Aufgrund der gleichen Materialpaarungen ergibt sich im gesamten Bereich des Drehpotentiometers weitgehend eine chemische lnaktivität und eine vollständige Kompensation von Thermospannungen.

Durch die Anordnung des Überlappungsbereichs zwischen der Ringschicht und der Leitplastik-Kollektorringbahn außerhalb des vom Kollektorschleifer überstrichenen Bereichs ist es nicht erforderlich, auf mögliche Rauhigkeiten im Überlappungsbereich besonders zu achten und diese gegebenenfalls zu eliminieren.

Untersuchungen haben ergeben, daß durch die eifindungsgemäße Ausbildung des Drehpotentiomete.s Verstellgeschwindigkeiten beim Durchdrehen erzielt werden können, die zwischen als normal angesehenen Umdrehungszahlen von 1500 min-¹ bis zu maximalen Schnellgeschwindigkeiten von 10 000 min-' liegen, wobei trotzdem Lebensdauern von mehr als einhundert Millionen Umdrehungen erreicht werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Drehpotentiometers möglich. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der elektrisch gut leitenden Ringschicht als Leitsilberschicht, die dann als Außenring bei teilweiser Überdeckung durch die Leitplastik-Kollektorringbahn angeordnet ist

Um die dem Drehpotentiometer zuzuführenden und abzugreifenden Potentiale nach außen zu bringen, sind entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 3 an den Anschlußbereichen sowohl der Widerstandsringbahn als auch der Ringschicht der Kollektorringbahn flächige Überdeckungen des gut leitenden Materials angeordnet, das auch die Ringschicht der Kollektorringbahn bildet. Die Weiterführung des Potentials von den flächigen Anschlußbereichen erfolgt dann über mäatiderartig durch Bohrungen an diesen Stellen geführte Litzen an äußere Anschlußbereiche der Potentiometerlagerung, so daß trotz der möglichen hohen Einstellgeschwindigkeiten Schwingungsprobleme nicht auftreten.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Drehpotentiometers mit aufgesetzter Abdeckung oder Staubkappe,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Pistenbereich mit Schleifer.

Fig.3 in verkleinerter Darstellung scheraatisch die elektrischen Zusammenhänge des Potentiometers,

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Trägerplatte für die Ringbahnen,

F i g. 5 eine Schnittdarstellung durch die Trägerplatte und

Fig.6 einen Schnitt durch einen Teilbereich der Trägerplatte, aus welchem die elektrische Anschlußverbindung der Widerstandsringbahn oder der Kollektorringbahn der Trägerplatte mit einer weiterführenden elektrischen Leitung hervorgeht

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Aufbau des Drehpotentiometers wird anhand der

'"' Fig. 1 erläutert Die Trägerplatte, auf der sich die Wides Standsringbahn und die Kollektorringbahn befinden, ist in Form einer Scheibe ausgebildet — in F i g. 1 mit 5 bezeichnet — und in eine innere Ringschulter 4 der äußeren, etwa zylindrischen Wandung 2 des einseitigen Gehäuses oder Trägerflansches 1 eingebettet und dort bevorzugt verklebt Auf den Aufbau der Trägerpiste und ihre zugeordneten Teile wird weiter unten noch eingegangen. Der zentrale Nabenbereich 3, der sich in Form einer Hülse mit bei 6 angedeuteter Innenbohrung etwa bis zur Höhe der äußeren Ringwandung 2 erstreckt, lagert die Potentiometerwelle 7, und zwar mittels zweier Lager 8 und 9. Die Lager sind von Sprengringen an der Welle 7 bzw. im Nabenteil 3 und durch eine bei 10 in den Trägerflansch 1 eingeschraubte

^i(! Schraube 11 gehalten. Auf einen nach oben über den Nabenteil 3 und die Oberfläche der Trägerplatte 5 hinausragenden Wellenstummel 7a ist der Schleiferteil drehfest aufgesetzt. Dieser Schleiferteil umfaßt im einzelnen einen Trägerarm 12, der in Richtung auf seine

^r> Befestigung auf der Welle 7 in einen ringförmigen Halteteil 12a übergeht Am Trägerarm 12 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Schleifer 13 und 14, jeweils bestehend aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter elastischer Schleiferfinger, befestigt. Der Trägerarm 12 ist mit seinem Halteteil 12a nicht unmittelbar auf dem Wellenstummel 7a aufgesetzt, sondern sitzt an einer bevorzugt aus Kunststoff bestehenden Nabe 15, die mit ihrer Innenbohrung auf den Wellenstummel 7a aufgeschoben und dort durch den äußeren Druck eines Sprengrings 16 gehalten ist.

Diese einseitige Lagerung und Anordnung sämtlicher wesentlicher Potentiometerbauelemente in dem nach oben, d. h. nach einer Seite offenen Trägerflansch 1 ermöglicht eine freie Zugänglichkeit zum Schleiferbereich. Der Kollektor ist gebildet von einer Kollektorringbahn 17, auf der der zugeordnete Kollektorschleifer 14 gleitet und die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel (siehe F i g. 2) als Innenring mit Bezug auf die äußere Widerstandsringbahn 18 ausgebildet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat dieser Innenring etwa nur den halben Durchmesser der äußeren Widerstandsringbahn 18, was bedeutet, daß der Verstellweg und die Verstellgeschwindigkeit dort auch nur halb so hoch sind. Als Schleifer 14 ist nach Aufbau und Wirkungsweise der gleiche Schleifer wie auf der Widerstandsbahn 18 vorgesehen. Beide Ringbahnen 17 und 18 bestehen aus einem leitenden Kunststoff mit vorzüglicher Oberflächenglätte und Ebenheit. Dieser leitende Kunststoff, der auch als Leitplastik bezeichnet wird, ist in die aus glasfaserverstärktem Duroplast bestehende Pistenträgerplatte 5 eingebettet.

Damit die Kollektorringbahn an jeder Stelle genau den elektrischen Potentialwert annimmt, der sich aus

der Einstellung des Schleifers 13 relativ zur Widerstandsringbahn 18 ergibt, befindet sich das Material der Kollektorringbahn, also bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Leitplastikschicht in einer leitenden Ringverbindung mit einer weiteren Ringschicht, die aus einem sehr gut leitenden Material, beim Ausführungsbeispiel aus Leitsilber besteht. Diese leitende Ringschicht ist in F i g. 1 aus Gründen eines besseren Verständnisses mit übertriebener Dicke dargestellt; sie kann sich angrenzend an den inneren und/oder den äußeren Randbereich der Leitplastikschicht der Kollektorringbahn 17 befinden und ist in F i g. 1 und den F i g. 2 und 3 als äußere Ringschicht 20 dargestellt. Von Bedeutung ist ferner, daß diese äußere Ringschicht aus Leitsilber zwar von dem Leitplastikmaterial der Kollektorringbahn überdeckt ist (zur Erzielung der gut leitenden elektrischen Verbindung), sich aber nicht dort befindet, wo der Kollektorschleifer 14 auf der Kollektorringbahn gleitet. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Leitsilberschicht zu weich und auch zu uneben sein könnte, um die Leitplastikschicht tragen zu können.

Die Darstellung der Fig.3 zeigt in verkleinertem Maßstab die elektrischen Verhältnisse; die beiden Anschlüsse für die Widerstandsringbahn sind mit 21a und 2\b und der Abgriffanschluß mit 22 bezeichnet. Dieser Abgriffanschluß 22 steht in elektrisch leitender Verbindung mit der inneren Kollektorringbahn 17.

Zur elektrischen Verbindung der Ringbahnen mit den äußeren Anschlüssen 21a, 216 und 22 des Potentiometers sind elektrische Verbindungsleitungen, und zwar bevorzugt Litzen 22, 23 und 24 vorgesehen. Der Darstellung der Fig.4 läßt sich entnehmen, daß die Leitsilberringschicht 20, die von dem Leitplastik der Kollektorringbahn 17 völlig überdeckt ist, bei 25 über eine Ausbauchung verfügt, die flächig, etwa nach Art einer elektrischen Leitung bei gedruckten Schaltungen, auf der Trägerplatte 5 aufliegt Angrenzend an diese flächige Leitsilberbeschichtung 25 befindet sich eine Ausnehmung oder Nut 26, die in Fig.6 nochmals in Querschnittdarstellung gezeigt ist Die Nut kann geradlinig verlaufen, sie folgt in der Darstellung der Fig.4 bevorzugt der Krümmung der angrenzenden Bahnen. Im Bereich dieser Nut verfügt die Trägerplatte 5 über mindestens eine, bevorzugt aber über drei, gegebenenfalls sogar mehr Bohrungen 27a, 27Z>, 27c Die Nut 26 erstreckt sich, wie der Fig.4 deutlich entnommen werden kann, in den Bereich der Leitsilberbeschichtung 25 hinein. Zur elektrisch leitenden Verbindung jedes Bahnanschlusses — die folgende Erläuterung bezieht sich auf die Verbindung der Kollektorringbahn 17 mit dem mittleren Abgriffanschluß 22, sie gilt aber für alle anderen Verbindungen auch — wird die Litze zur Bildung eines kürzeren Lötbereiches 28 (siehe Fig.6) zunächst von ihrer Umhüllung befreit und kann dann beispielsweise von unten in die erste, an die freiliegende Leitsilberbeschichtung 25 unmittelbar angrenzende Bohrung 27a eingeschoben werden. Durch Aufbringen eines Lots 29 in entsprechender Menge, wiederum bevorzugt aus Leitsilber wird dann die elektrische Verbindung zwischen der Litze und der Beschichtung 25 hergestellt Das Lot verbindet sich dabei sofort und schnell mit der Leitsilberbeschichtung 25 und trägt nicht oder nur äußerst wenig auf; die Anhäufung des Lots 29 oberhalb der Trägerplatte 5 wie in F i g. 6 gezeichnet, ist aus Gründen eines besseren Verständnisses übertrieben dargestellt. Anschließend wird die Anschlußlitze 24 dann noch mäanderartig durch die beiden restlichen öffnungen 276 und 27c der Trägerplatte 5 geführt, wie dies in Fig.6 dargestellt ist, so daß sich eine Verflechtung ergibt. Es versteht sich, daß die im vorhergehenden in Einzelheiten dargestellte Verbindung der Litze 24 mit der Leitsilberbeschichtung 25 auch in anderer Weise vornehmen läßt; wesentlich ist lediglich, daß sich eine Verbindung mit der Litze an einer Stelle abseits von dem Leitplastikmaterial der Pisten ergibt und Litzen verwendet werden, die zu den äußeren Anschlüssen führen, wie dies die Litze 24 in F i g. 1 zeigt. Man erzielt so eine erhebliche Schwingungssicherheit und vermeidet eine Beanspruchung durch thermische Dehnung, da das Aufheizen der Kontaktstelle des Leitplastik-Potentiometers beim Löten im Lötnippel verhindert wird. Man reduziert außerdem die Zahl der Kontaktstellen und vermeidet im übrigen jegliche mechanische Zugbeanspruchung, wenn die Litze 24 nicht nur durch die erste Bohrung 27a geführt wird, sondern in der in F i g. 6 gezeigten Weise durch eine größere Anzahl von Bohrungen so gefädelt und geflochten wird, daß sich wegen der scharfen Umbiegungen und der sich aus dem Begriff des Umschlingungswinkels ergebenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten Zugbelastungen auf die Litzen in ihren Auswirkungen auf die Lote und Kontaktstellen vollkommen vermeiden lassen.
Auch die Verbindungen zu den anderen Kontaktstellen, nämlich die Bahnendbereiche 30 und 31 erfolgen auf die soeben ausführlich geschilderte Weise; die Trägerplatte 5 verfügt über entsprechende Beschichtungen 32 und 33 aus einem gut leitenden Material, bevorzugt auch hier wieder aus Leitsilber, die sich mit Fortsetzungen

to 32a und 33a unter die Bahnendbereiche 30, 31 erstrecken, d. h. von dem Leitplastikmaterial an diesen Stellen überdeckt sind. Die Einfädelung der Litzen 22 und 23 und ihre Kontaktverbindung zu den Beschichtungen 32 und 33 erfolgt dann analog wie in F i g. 6 gezeigt

⁴S Die Litzen 22, 23, 24 sind bei endseitig freiliegender Trägerplatte 5 entsprechend der Darstellung der F i g. 1 nach unten, d. h. in das Trägerflanschgehäuse 1 geführt und dort mit den äußeren Anschlußnippeln 21a, 2ib und 22 verlötet Eine Wärmeübertragung dieser Lötvorgäng_{e au}f die Trägerplatte und das Bahnmaterial ist ausgeschlossen.

Da bei abgenommener Abdeckung oder Staubkappe 35, die in einen äußeren Ringwulst 36 des Trägerflansches 1 eingeschnappt ist, der Bahnbereich der Trägerplatte 5 sowie die Schleiferanordnungen völlig freiliegen und zugänglich sind, läßt sich als weiterer Vorteil — ohne störende Kollektbrgabel oder sonstige Elemente — eine Linearisierung der Widerstaridsringbahn 18 des Potentiometers ohne Schwierigkeiten im eigenen Gehäuse und unter Verwendung des eigenen Schleifers durchführea

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Durchdrehbares Drehpotentiometer, mit einem Gehäuse und einer Trägerplatte für die an einer Stelle unterbrochene Widerstandsringbahn aus Leitplastik-Widerstandsmaterial und für die geschlossene Kollektorringbahn und mit einer einem äußeren Drehantrieb unterworfenen Welle, an der ein gemeinsamer, die Widerstandsringbahn und die in Kollektorringbahn kontaktierender Schleiferteil befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorringbahn (17) aus dom gleichen Leitplastik-Widerstandsmaterial besteht wie die Widerstandsringbahn (18) und auf ihrem gesamten Umfang von einer Ringschicht (20) aus einem elektrisch sehr gut leitenden Material umgeben ist, die die Leitplastik-Kollektorringbahn mindestens teilweise überlappend und mit ihr an jeder Stelle des Umfangs in elektrisch leitender Verbindung stehend den Kollektoranschluß nach außen bildet, und daß der Überlappungsbereich zwischen Leitplastik-Kollektorringbahn und der Ringschicht (20) außerhalb des vom Kollektorschleifer (14) überstrichenen Bereichs angeordnet ist

2. Drehpotentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Leitsilberschicht ausgebildete Ringschicht (20) als Außenring unterhalb der Leitplastik-Kollektorringbahn und von dieser mindestens teilweise überdeckt angeordnet ist. J<>

3. Drehpotentiometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anschlußbereichen der Widerstandsringbahn und der Kollektorbahn flächige Überdeckungen mit einer gut leitenden Beschichtung (25,32,32a, 33,33a; gebildet sind, v> daß an diesen Stellen Nuten (26) und von den Nuten ausgehend mindestens jeweils eine Bohrung (27a, 27b, 27c) durch die Trägerplatte geführt ist und daß Anschlußlitzen (22, 23, 24) mäanderartig durch die Bohrungen in den Nuten liegend zum bündigen Abschluß mit der Trägerplattenoberfiäche geführt und mit der Beschichtung, vorzugsweise mittels eines Lotes (29), elektrisch leitend verbunden sind.