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Abgriffsvorrichtung für die Ubertragung von Spannungen
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oder Strömen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Abgriffsvorrichtung
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Die Erfindung ist anwendbar auf jede Art von
Obertragungseinrichtung, bei denen Spannungen und Ströme von sich relativ zueinander
bewegenden Teilen übertragen, erfaßt und gegebenenfalls ausgewertet werden müssen.
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Abgriffsvorrichtungen, bei denen ein Schleifkontaktbereich federnd
auf ein sich relativ zu diesem bewegbares Teil gepreßt wird, sind beispielsweise
bekannt aus den US-PS 3 188 407, 3 597 720 sowie 3 733 573. Bei allen diesen bebekannten,
Potentiometerausführungen zugeordneten Abgriffsvorrichtungen ist ein federnder Tragarm
vorhanden, der den
beispielsweise mit ihm einstückig ausgebildeten
Schleifkontaktbereich mit einer vorgegebenen Federkraft auf eine Widerstandsbahn
preßt. Dabei ist'es auch schon bekannt, den Tragarm durch zwei federnde Systeme
zu bilden, von denen eines eine höhere Federkonstante aufweist und den Tragarm für
den Schleifkontaktbereich unterstützend in Richtung auf die Widerstandsbahn vorspannt.
Durch die Einführung eines solchen Stabilisators verringert sich die Eiqenschwingungszeit
des Abgriffsystems (US-PS 3 188 407).
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Ferner ist aus der DE-PS 27 06 760 ein beweglicher Abgriff für Drehwiderstände
oder Potentiometer bekannt, bei dem, wie auch beim US-PS 3 188 407, der Schleifkontaktbereich
aus einer Vielzahl von parallel zueinander zugeordneter einzelner, federnd elastisch
gelagerter, elektrisch leitender Gleitfinger besteht. Die Gesamtheit der Finger
ist zur wirkungsvollen Bedämpfung von Schwingungseigenschaften beim schnellen Uberfahren
der Widerstandsbahn von einem weich-elastischem, elastomerem Material mit hoher
innerer Reibung umgeben.
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Als Nachteil bei allen bekannten Formen von Abgriffen oder Schleifern
könnte der Umstand angesehen werden, daß zwar einerseits die Schleiferandruckkraft,
also die Kraft, mit welcher beispielsweise die endseitigen Schleiferfinger auf die
Widerstands- oder Kollektorbahn eines Potentiometers gepreßt werden, von hoher Bedeutung
für Verschleißund Lebensdauer einerseits und Abhebeneigung und entsprechend bedingte
Kontaktschwierigkeiten andererseits ist, diese Federkraft sich aber nur schwer mit
der Exaktheit bestimmen läßt, die erforderlich ist, um den sich widersprechenden
Forderungen gerecht zu werden. Abgesehen von der erheblichen Länge des üblicherweise
selbst aus einem Federmaterial und daher auch
elektrisch leitend
ausgebildeten, den eigentlichen Schleifer endseitig lagernden Tragarm des Abgriffs,
welche Länge eine sehr genaue Montage und entsprechend hochqualifizierte Fachkräfte
erfordert, können sich auch nicht voraussehbare Abstandsänderungen aufgrund der
Ausbildung der Gegenfläche ergeben, auf welcher der Abgriff gleitet, beispielsweise
also ein Höhenschlag der Widerstands- und Kollektorringpiste bei Drehpotentiometern
oder beispielsweise bei längeren Linearpotentiometern ein Durchbiegen der Bahn,
unter Umständen auch nur aufgrund von Temperaturänderungen.
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Da die Schleiferandruckkraft aber eine direkte Funktion der Abstandsbeziehung
zwischen Einspannstelle des Tragarms und der Widerstands- und Kollektorpiste ist,
ergeben sich Anforderungen insbesondere im modernen Potentiometerbau, die nur noch
schwer zu erfüllen sind.
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Grundsätzlich gilt, daß bei größeren Toleranzen im Potentiometersystem
die Durchbiegung des Schleifers, die sich aus der bekannten Federkennlinie ergibt,
ebenfalls relativ groß sein muß, damit mindestens ein vorgegebener Anpreßdruck erreicht
wird und entsprechend große Schwankungen nicht diesen Mindestanpreßdruck unterschreiten.
Läßt man jedoch einen entsprechend hohen Anpreßdruck zu, dann läßt sich ein entsprechend
hoher Verschleiß der gleitenden Teile nicht vermeiden, die Betriebssicherheit wird
stark alterungsabhängig, und Probleme können insbesondere bei solchen Potentiometersystemen
auftreten, bei denen über lange Zeiten hohe Arbeitsgeschwindigkeiten erreicht werden
und gehalten werden müssen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für alle gleitenden
Teile, bei denen Spannungen und Ströme von einem Teil zum anderen übertragen werden
müssen, eine Abgriffvorrichtung
zu schaffen, die einerseits problemlos
einen erheblichen Anpreßdruck für den Tragarm des Schleifers zuläßt, andererseits
aber den Druck des Schleifers bzw. der Schleiferfinger - bei sehr hoch entwickelten
Systemen - auf einen Wert reduziert, der mit äußerster Genauigkeit in engsten Toleranzen
gehalten werden kann.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Abgriffsvorrichtung löst
diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil,
daß zwei voneinander unabhängige Federsysteme eingesetzt werden, die jedes für sich
eingestellt und präzisiert werden können und denen die jeweiligen Teilaufgaben zugewiesen
sind, die bisher bei bekannten Abgriffvorrichtungen von dem einen Federsystem zur
Erfüllung der in sich widersprüchlichen Forderungen wahrgenommen werden muß.
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Die beiden Federsysteme sind dabei zwar wirkungsmäßig sozusagen in
Reihe geschaltet, die Wirkungen des einen, ersten Federsystems sind jedoch gegenüber
dem zweiten Federsystem, welches sich ausschließlich mit Problemen des eigentlichen
Schleiferkontaktbereichs, also der Schleiferandruckkraft hauptsächlich beschäftigt,
blockiert, schlagen also auf das zweite Federsystem nicht durch. Dieses kann daher
mit vergleichbarer geringer, besonders exakt einstellbarer Federkraft dimensioniert
werden,und andererseits ist es jetzt durch die Erfindung möglich, den Anpreßdruck
des Tragarms für den Schleifer so hinreichend stark zu machen, daß auf Bautoleranzen
des jeweils zu bedienenden Systems, Potentiometer u. dgl. keine Rücksicht mehr genommen
zu werden braucht.
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Die Erfindung erbringt noch eine Vielzahl weiterer Vorteile, die im
mechanischen Bereich zunächst in einem stets sauberen Aufliegen des Schleifers bzw.
der Schleiferfinger auf der Widerstands- oder Kollektorbahn, in einer mit relativ
geringen, jedoch hochgenau dosierbaren Druckwerten sichergestellten Kontaktierung
der Widerstands- und Kollektorbahn durch die Schleiferfinger zur Erzielung einer
einwandfreien Spannungsübertragung, in der Beseitigung jeglicher Vibrationen und
Abhebeneigungen sowie der nahezu vollständigen Verschleißreduzierung zu sehen sind.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Abgriffvorrichtung
möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei die Reduzierung der Masse des elektrisch
leitfähigen Materials, welches erforderlich ist, um bei einem Potentiometer beispielsweise
das Spannungssignal von der Widerstandsbahn auf die Kollektorbahn zu übertragen.
Dies ist von erheblicher Bedeutung, da hierdurch die wirksame Kapazität klein gehalten
werden kann. Der eigentliche Tragarm des Abgriffs ist gegenüber dem mit der Widerstands-
oder Kollektorbahn in Verbindung tretenden Schleifer vollständig elektrisch entkoppelt.
Die Erfindung gestattet jetzt auch die getrennte Lieferung von Widerstandselement
und Abgriff an Verwender, wo gegebenenfalls die sonst üblichen (engen!) Toleranzen
und Montagebedingungen nicht eingehalten werden.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fi. 1 in einer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eine Zwischenlagerung in Form
eines Gleit- oder Lagerklötzchens,
welches seinerseits den eigentlichen
Schleifer lagert, und Fig. 2 das Gleitklötzchen in Draufsicht; Fig. 3 zeigt, ebenfalls
in Draufsicht, eine (verkurzte) Ausführungsform eines das Lagerklötzchen tragenden,
federnden Tragarms der Abgriffsvorrichtung, während Fig. 4 den Tragarm in einer
seitlichen Schnittdarstellung zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der Grundgedanke vorliegender
Erfindung besteht darin, den Einfluß der federnden Andruckkraft, die von dem Abgriff
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deren Tragarm ausgeübt wird, vollständig aus dem Begriff der Schleiferandruckkraft
für den gleichen Abgriff herauszuhalten; mit anderen Worten für die Bemessung der
Schleiferandruckkraft ist der Druck, mit welchem der Abgriff auf die Oberfläche
der sich relativ zu ihm bewegenden Teil gepreßt wird, vollständig unerheblich. Der
Erfindung gelingt daher die Trennung der Aufgaben, die bei einem Abgriff jetzt von
zwei Federsystemen erfüllt werden, so daß auch in sich widersprüchliche Forderungen
nunmehr realisiert werden können, mit einer ganzen Reihe von Vorteilen, wie sie
sich bezüglich Aufbau, Montage, Realisierungsformen und Funktion bei mit solchen
Abgriffen ausgerüsteten Systemen, insbesondere also Potentiometern, ergeben.
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In Fig. 1 ist eine Zwischenlagerung in Form eines Lagerklötzchens
10 dargestellt, die am freien, federnd vorgespannten Ende des Tragarms 20 (s. Figuren
3 und 4) des Abgriffs befestigt, selbst unmittelbar auf der Fläche des Teils lagert,
von
welchem Spannungen oder Ströme abgegriffen oder auf welcher Spannungen oder Ströme
übertragen werden sollen.
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Es ist daher so entsprechend den Figuren 3 und 4 ein üblicherweise
selbst in sich federnder, also aus einem geeigneten Federmaterial bestehender Tragarm
20 für den Abgriff vorgesehen, der mit einer ösenförmigen Ausnehmung 21 beispielsweise
auf eine zentrale Achse bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aufgesteckt werden
kann. Es versteht sich, daß der Tragarm aber auch in eine geeignete Lagereinrichtung
geklemmt oder auf sonstige Weise befestigt werden kann, beispielsweise wenn bei
Linearpotentiometern ein geführtes Gleitstück den federnden Abgriff-Tragarm lagert,
um diesen längs der Widerstands- und Kollektorbahn zu verschieben.
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Bei der folgenden Erläuterung wird jetzt lediglich noch von der Anwendung
der erfindungsgemäßen Abgriffvorrichtung entsprechend den dargestellten Ausführungsbeispielen
auf ein Drehpotentiometer ausgegangen; dies ist ausdrücklich nicht als Beschränkung
oder Eingrenzung des erfindungsgemäßen Rahmens zu verstehen. Der ein erstes Federsystem
bildende, in sich federnde Tragarm 20 der Abgriffvorrichtung preßt, nachdem er ordnungsgemäß
auf die zentrale Achse des Potentiometers aufgesteckt und auf dieser befestigt worden
ist, seinen freien Endbereich mit vorgegebener Andruckkraft in Richtung auf die
Widerstands- und Kollektorbahn des Potentiometers und zur Aufnahme dieses Anpreßdrucks
ist das Lagerklötzchen 10 in den Fig. 1 und 2 vorgesehen, welches in geeigneter
Weise am freien Ende des Tragarms befestigt, selbst mit unteren Gleitflächen 10a,
1Ob auf der Widerstands- und/oder Kollektorbahn gleitet. Vorzugsweise und sinnvollerweise
besteht der Lagerklotz 10 aus einem elektrisch nicht leitenden
Material,
er ist insbesondere aus einem geeigneten Kunststoff als Spritzgußteil hergestellt
und verfügt über entsprechend groß dimensionierte Gleitflächen 10a, 1Ob, derart,
daß auch ein erheblicher, vom federnden Tragarm 2U ausgeübter Anpreßdruck, um den
gewünschten Anforderungen zu genügen, einen spezifischen Flächenpreßdruck Lagerklotz/Widerstands-
oder Kollektorbahn erzeugt, der extrem gering ist und so außerhalb der Möglichkeiten
liegt, daß sich durch diese primäre Berührung zwischen Abgriffvorrichtung insgesamt
und den zu kontaktierenden Bahnen, irgendwelche nachteiligen Einflüsse ergeben.
Im wesentlichen bestimmt sich dieser Anpreßdruck aus peripheren Randbedingungen
des Potentiometerbaus, wie beispielsweise dem Widerstand, den die Abgriffvorrichtung
gegen ein Durchdrehen bietet und der sich, mindestens teilweise, auch aus dem Anpreßdruck
zwischen der Abgriffvorrichtung und den zu kontaktierenden Bahnen herleitet.
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Es ist ein wesentliches erfinderisches Merkmal, daß der Lagerklotz
10 dann seinerseits, federungsmäßig und mit Bezug auf die elektrischen Eigenschaften
vollständig getrennt zum Tragarm den eigentlichen Schleifer lagert, der mit 11 bezeichnet
ist und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel insofern auch als Doppelschleifer
bezeichnet werden kann, als ein erster Schleiferfingerbereich 11a, 11b auf der Widerstandsbahn
und ein zweiter, vorzugsweise einstückig mit dem ersten verbundener Schleiferfingerbereich
11b oder 11a auf der parallel hierzu verlaufenden Kollektorbahn gleitet. Dies führt
in für sich gesehen bekannter Weise zu der Ubertragung der von der Widerstandsbahn
abgegriffenen Spannungen (und gegebenenfalls Ströme) auf die Kollektorbahn.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Schleifer
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selbst wieder aus einem in sich federndem, geeignetem metallischen Schleifermaterial
- im Kontaktbereich und über diesen hinausgehend jeweils nochmals in einzelne Schleiferfinger
12 unterteilt, aus Gründen, die für sich gesehen bekannt sind. Von wesentlicher
Bedeutung ist aber bei dieser Anordnung, daß der Lagerklotz 10 durch seine unteren
Schleifflächen 10a, 10b eine ganz bestimmte Auslenkung des das zweite Federsystem
bildenden Schleifers 11 ermöglicht, und zwar um den Abstand a (vgl. Fig. 1), um
welchen sich der unterste, auf den zu kontaktierenden Bahnen gleitende Schleiferendbereich
im Ruhezustand über die den Abstand vorgebenden Gleitflächen 10a, lOb des Lagerklötzchens
10 erstreckt. Da dieser Abstand vollkommen unabhängig ist von den Gegebenheiten
des Potentiometeraufbaus, wie die Darstellung der Fig. 1 erkennen läßt, bei welcher
weiterführende Potentiometerbauteile gar nicht vorhanden sind, ermöglicht die Erfindung
die Erzeugung einer ganz präzise einstellbaren und einhaltbaren Schleiferandruckkraft,
die eine sichere und einwandfreie Spannungsübertragung ermöglicht, für ein sauberes
Aufliegen der Schleiferfinger 12 sorgt, die zu Vibrationen und Verschmutzungen,
insbesondere zu hohem Abriebverschleiß u. dgl. keinen Anlaß gibt und die andererseits
Kontaktschwierigkeiten und eine Abhebeneigung des Schleiferendbereichs sicher vermeidet.
Die vollständige Trennung der beiden Federsysteme, auch wirkungsmäßig, setzt lediglich
voraus, daß die vom Tragarm auf das Lagerklötzchen 10 ausgeübte Federkraft, also
die Kraft, die vom Tragarm selbst herrührt, größer ist, und zwar zuverlässig größer
ist, als die gewünschte und vorgegebene Schleiferandruckkraft. Bei einem dargestellten
Ausführungsbeispiel hat es sich als zweckmäßig und in keiner Weise in anderer Richtung
als nachteilig erwiesen, die vom Tragarm
auf das Lagerklötzchen
ausgeübte Andruckkraft etwa auf das Dreifache der Schleiferandruckkraft einzustellen.
Wegen der relativen Größenverhältnisse der auf den Bahnen schleifenden Flächen ist
diese Preßkraft des AbgrifftragarIlls i die Funktionsfähigkeit und auf die Beziehungen
der Lagerklötzchen-Schleiferflächen 10a, 10b zu der jeweiligen Oberfläche der zu
kontaktierenden Bahnen ohne Belang. Durch die relativ hohe, jetzt ermöglichte Preßkraft
des Tragarms wird aber andererseits mit großer Zuverlässigkeit sichergestellt, daß
auch größte Einbautoleranzen, Variationen von Federkennlinien, Höhenschläge von
Rundpisten oder ein mögliches Durchbiegen von linearen Pisten keine Rolle mehr spielen.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, daß man die sich widersprechenden
Forderungen nicht mehr mit einem Federsystem nur mühsam erfüllen muß, wobei man
stets an irgendwelche Grenzen stößt, sondern durch die klare Aufgabenteilung hochpräzise
in allen Bereichen dimensionieren und Werte vorgeben kann, ohne daß sich hierdurch
Einflüsse auf den jeweils anderen Bereich ergeben.
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An dieser Stelle sei gleich darauf hingewiesen, daß die vom ersten
Federsystem aufgebrachte Federkraft nicht notwendigerweise durch eine Federmaterialauswahl
für den Tragarm realisiert werden muß, es ist auch möglich, den Tragbar in sich
gesehen starr auszubilden und diesen lediglich federnd zu lagern, beispielsweise
aber auch mittels eines Gelenkes separat durch eine Feder, auch Schraubenfeder,
die erforderliche Vorspannung zu erzeugen.
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Zur Befestigung des Tragarms 20 an der Drehpotentiometerachse können
durch Einschnitte 22 im Innenausschnitt 21 des Lagerrundteils abbiegungsfähige Lappen
23 erzeugt werden, die ein Verkeilen auf der Potentiometerwelle bewirken.
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Die Befestigung des Lagerklötzchens 10 am Endbereich des Tragarms
erfolgt vorzugsweise dadurch, daß der Tragarm Aufnahme- oder Lagerbohrungen aufweist,
in welche Halte- oder Lagerzäpfchen 13a, 13b, gegenüberliegend zum Schleifer 11,
also nach oben gerichtet am Lagerklotz 10 angeordnet, eingreifen.
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Es stellt eine vorteilhafte Ausgestaltung vorliegender Erfindung dar,
diese Verbindung zwischen Lagerklotz 10 und dem federnd vorgespannten Endbereich
des Tragarms 20 der Abgriffvorrichtung gelenkig, allgemein gesagt schwimmend auszubilden,
um jedenfalls sicher zu verhindern, daß infolge des jederzeit möglichen, vom Tragarm
ausgeübten starken Federdrucks Kippbewegungen des Lagerklötzchens 10 und ein schräges
Aufstehen auf den zu kontaktierenden Bahnen hervorgerufen werden. Die schwimmende
Lagerung ist andererseits so eng toleriert, daß keine axialen oder radialen Versetzungen
des Lagerklötzchens mit Bezug auf den Endbereich des Tragarms möglich sind; d.h.
die Lagerung erfolgt spielfrei, aber gelenkig. Zu diesem Zweck gehen die Lagerzapfen
13a, 13b am Lagerklotz 10 nach unten, ausgehend von einem zylindrischen Teilbereich
14, über in einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 15, der sich entsprechend erweitert
und dessen breitester Durchmesser vorzugsweise identisch oder größer ist wie der
Durchmesser der beiden Aufnahmebohrungen 24 im Tragarmendbereich. Ferner befinden
sich die beiden Aufnahmebohrungen in einem kreisförmig nach oben abgebogenen Endbereich
25, der sich etwa um 900 erstrecken kann mit vorgegebenem Radius, so daß dieser
Endbereich 25 die Schwenk-Lagerbewegung der Zapfen 13a, 13b in ihren Aufnahmeöffnungen
24 in keiner Weise behindert. Infolge der abgerundeten Stellung des Endbereichs
25 erfolgt die Berührung zwischen den Lagerbohrungen 24 und den Lagerzapfen 13a,
13b am Lagerklötzchen 10 im weseitlichen auch nur linienförmig, wobei auch Schrägstellungen
ohne
radiale oder axiale Verschiebung spielfrei aufgefangen werden können, weil, wie
gesagt, die Abstandsbeziehungen extrem eng toleriert sind und die Lageröffnungen
24 die kegelstumpfförmigen Bereiche immer an irgendeiner Stelle berühren. Das Lagerklötzchen
10 braucht in den Aufnahmeöffnungen 24 nicht speziell befestigt zu werden, da der
Anpreßdruck das System sicher hält; für Transport und Einstellungen oder den Zusammenbau
unmittelbar beim Anwender kann es aber vorteilhaft sein, wenn man die Lagerzapfen
in die Aufnahmeöffnungen 24 einführt und den zylinderförmigen Teil 14 kurz, etwa
mittels Heißluft oder Aufdrücken eines heißen Gegenstandes, verschweißt, so daß
dieser größer als die Aufnahmeöffnungen 24 wird und das Klötzchen nicht mehr herausfallen
kann. Durch die aufwärts gerichtete Kreisform (Radius) des Tragarms Endbereichs
erreicht man eine stets mittig liegende symmetrische, zentrierten Belastung(mittlere
Belastungskennlinie).
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Die Lagerung des Schleifers 11 am Klötzchen erfolgt dann dadurch,
daß man den mittleren Verbindungsteil 16 zwischen den beiden Schleiferfingerteilen
11a, 11b seitlich in einen Einschnitt 17 am Lagerklötzchen 10 einschiebt und dann
auch hier wieder durch Erwärmen Kunststoffmaterial des Lagerklötzchens, wie bei
18 angedeutet, so verschiebt und über Teile des Schleifers 11 bringt, daß dieser
mit dem Lagerklötzchen verschweißt ist.
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Das Lagerklötzchen selbst besteht aus den beiden seitlichen unteren
Gleitflächen 10a, lOb, die im Material einstückig nach oben in die Lagerzapfen 13a,
13b übergehen, mit einer Verbindungsbrücke 19. Es versteht sich, daß diese Form
des Gleit- oder Lagerklotzes 10 nur eine der möglichen geometrischen Formen darstellt,
die das Lagerklötzchen annehmen kann. Wesentlich ist bezüglich der Wirkungsweise
lediglich,
daß das Lagerklötzchen so ausgebildet ist, daß es einerseits
selbst Gleitflächen aufweist, die unter völliger Aufnahme der Federanpreßkraft des
Abgrifftragarms auf den zu kontaktierenden Bahnen gleiten und selbst über eine Lagermöglichkeit
für den Schleifer 11 verfügt, der dann als kleines, metallisches federndes Teilelement
elektrisch lediglich für die Verbindung von Widerstandsbahnen mit Kollektorbahnen
sorgt. Es versteht sich aber, daß es innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegt,
das Lagerklötzchen als auf den zu kontaktierenden Bahnen gleitende Zwischenabstützung
einzusetzen und elektrisch die von dem von ihm jedenfalls ausschließlich gelagerten
Schleifer abgegriffene Spannung in geeigneter Weise auch über den Tragarm in das
Potentiometersystem einzuleiten, wenn dieses in einfacherer Ausgestaltung lediglich
über eine Widerstandsbahn verfügt und der Abgriff für die Weiterführung der Spannungen
benutzt wird.
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Tragarm und Schleifer sind vorzugsweise in ihren Abmessungen und Federeigenschaften
hochgenau herstellbare Stanzteile; der Werkstoff des Lagerklotzes als Spritzgußteil
ist bevorzugt Hostaform.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung
dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
miteinander erfindungswesentlich sein.