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Schlei fkontaktvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Schleifkontaktvorrichtung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art.
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Schleifkontaktvorrichtungen können als Schalter, als Potentiometer
und auch als eine Kombination von beiden aufgebaut werden. Entscheidend für die
Art der Schleifkontaktvorrichtung ist die Ausbildung der Kontaktbahnen.
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Bei einem Potentiometer besitzt eine geschlossene Kontaktbahn einen
bestimmten Widerstand. Die Kontaktbahn eines Schalters ist demgegenüber im allgemeinen
in einzelne Schaltsegmente unterteilt, die zu entsprechenden Schalteranschlüssen
geführt sind. Bei einem Codierschalter werden bestimmte, im allgemeinen auf mehrere
Kontaktbahnen verteilte Schaltsegmente entsprechend dem vorgegebenen Code miteinander
bzw. mit einer gemeinsamen Zuführung verbunden.
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Die üblichen Schleifkontaktvorrichtungen sind im allgemeinen nur für
eine ganz bestimmte Anwendung als Schalter oder Potentiometer ausgeführt. Ein differenzierter
Aufbau erfolgt darüberhinaus aber auch noch nach verschiedenen Schalterarten. So
ist in der DE-PS 30 40 545 ein Codierschalter beschrieben, der mehrere, auf einer
Leiterplatte beidseitig angeordnete, kreisringförmige
Leiterbahnen
besitzt. Zwei miteinander verbundene, beidseitig der Leiterplatte angeordnete Stellringe
tragen fingerförmige Schleifer, die die verschiedenen Leiterbahnen miteinander verbinden.
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Der bekannte Codierschalter ist relativ einfach aufgebaut und besitzt
nur wenige Teile. Nachteilig ist jedoch das Fehlen eines Rastwerkes, das für eine
definierte Schaltstellung sorgt. Somit ist nicht auszuschließen, daß der Schalter
unbeabsichtigt verdreht wird oder die vorgesehene Schaltstellung nicht exakt eingestellt
ist.
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Der Schalter ist damit für Schaltanwendungen, bei denen es auf eine
exakte Schaltstellung ankommt von vornherein ungeeignet. Nachteilig ist weiterhin,
daß die als Träger der Kontaktbahnen dienende Leiterplatte eine bestimmte Dicke
besitzen muß, damit die Stellringe nicht klemmen und auch nicht zu locker sitzen.
Sollen die Stellringe unmittelbar auf einer Leiterplatte montiert werden, die noch
als Trägerplatte für andere Bauteile dient, so gelingt das nur, wenn ihre Dicke
in einem engen Toleranzbereich liegt.
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Aus der DE-GM 83 19 591 ist ein Codier-Drehschalter mit einem Rastwerk
für die Schaltstellungen bekannt. Der Schalter besitzt ein Gehäuse, auf dessen Bodenplatte
elastische Kontaktelemente befestigt sind. In dem kappenartig ausgebildeten Gehäuseoberteil
ist ein Rotor drehbeweglich angeordnet Der Rotor bewegt eine Kontaktscheibe, auf
deren Unterseite sich Kontaktbahnen befinden. Zwei am Rotor ausgebildete elastische
Arme mit Rastnasen, die in entsprechende Rastnuten an der Innenseite des Gehäuses
eingreifen, sorgen für definierte Schaltstellungen. Bedingt durch das Rastwerk und
die rotierende Kontaktscheibe werden zum Aufbau dieses
Schalters
mehr Einzelteile benötigt, als für den zuvor beschriebenen Schalter erforderlich
sind. Nachteilig ist weiterhin, daß der Aufbau des Rotors eine Verwendung der Kontaktvorrichtung
als Potentiometer ausschließt und eine Leiterplatte nicht in den Codier-Drehschalter
integrierbar ist also auch nicht ihre Leiterbahnen als Schaltkontakte verwendbar
sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine möglichst vielseitig einsetzbare
Kontaktvorrichtung zu schaffen, die aus möglichst wenigen, an den jeweiligen Anwendungsfalls
leicht anpaßbaren Einzelteilen besteht.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
sind in den Unteransprüchen genannt.
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Wesentlich ist, daß die Schleifkontaktvorrichtung, obwohl sie ein
Rastwerk für definierte Schaltstellungen besitzt, nur aus vier Teilen aufgebaut
ist. Hierbei ist der Aufbau der Gehäusekappe und des Rotors mit dem Kontaktrechen
entscheidend, denn das vierte Teil, die Kontaktplatte, kann ganz dem jeweiligen
Anwendungsfall angepaßt werden. So kann die Kontaktplatte speziell zu einer bestimmten
Schleifkontaktvorrichtung gehören und diese zu einem selbstständigen Bauteil machen,
oder auch eine Trägerplatte für weitere Bauteile sein, auf die dann nur die Gehäusekappe
mit dem Rotor aufzusetzen ist.
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Erreicht wird das dadurch, daß die Seitenwände der Gehäusekappe die
Kontaktplatte nicht umschließen, sondern auf dieser aufliegen. Gleichzeitig müssen
am Rotor und/oder der Gehäusekappe Führungselemente ausgebildet sein, die in die
Kontaktplatte eingreifen
und für eine Zentrierung der ortsfesten
Kontakte auf der Kontaktplatte zu den beweglichen Kontakten am Rotor sorgen. Außerordentlich
kleine Abmessungen der Schleifkontaktvorrichtung sind dadurch erzielbar, daß die
Kontaktbahnen einen sehr geringen Durchmesser haben und bis dicht an die Außenwände
der Gehäusekappe herangehen. Ein so gedrängter Aufbau wird dadurch ermöglicht, daß
die für definierte Schaltstellungen erforderlichen Rastnuten nicht an den Seitenwänden,
sondern auf der Innenseite der Rückwand der Gehäusekappe ausgebildet sind.
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Als Führungselemente für die Zentrierung-der Kontakte dienen zwei
gemeinsam oder alternativ anwendbare Merkmale. So kann am Rotor ein Achsstummel
ausgebildet werden, der in ein Zentralloch der Kontaktplatte eingreift. Wenn der
Rotor innerhalb der Gehäusekappe sicher geführt ist, reicht es aus, an der Gehäusekappe
ausgebildete Zapfen in zugehörige Löcher der Kontaktplatte einzupassen. Man verwendet
vorteilhafter Weise nur drei Zapfen mit zugehörigen Löchern, um bei der Montage
ein Verdrehen der Gehäusekappe zur Kontaktplatte zu vermeiden. In ähnlicher Weise
kann man die Gehäusekappe auch optisch codieren, indem man von den vier Ecken drei
abrundet.
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Für Potentiometer sind die Rastarme des Rotors im allgemeinen ungeeignet.
Um eine möglichst vielseitige Verwendbarkeit der Schleifkontaktvorrichtung zu erreichen,
sind die Rastarme relativ dünn ausgebildet. Zum Aufbau eines Potentiometers kann
man somit die Rastarme leicht herausbrechen. Die verbleibende Form und Führung des
Rotors sorgt dafür, daß die fehlenden Rastarme kein Wegrutschen des Rotors ermöglichen.
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Unter anderem für die Anwendung der Schleifkontaktvorrichtung als
Codierschalter, dient eine auf der Außenseite der Gehäusekappe in ihrer Rückwand
vorgesehene Ausnehmung, die das Einsetzen einer Markierungsscheibe ermöglicht. Ein
Zentriernocken sorgt dabei für die richtige Lage der Markierungsscheibe. Ein auf
der Stirnseite der mit dem Rotor verbundenen Stellachse angeordneter Pfeil ist mit
einem Schlitz versehen und ermöglicht das Verdrehen des Rotors in die gewünschte
Stellung.
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Dadurch, daß bis zu sechs Schleifkontakte einen Kontaktrechen bilden
und ihre Kontaktnocken auf einer durch den Mittelpunkt des Achsstummels verlaufenden
Gerade beidseitig des Achsstummels angeordnet sind, wird eine günstige räumliche
Aufteilung der Kontaktbahnen erreicht.
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Die Vielseitigkeit der Schleifkontaktvorrichtung läßt es zu, daß die
Kontaktplatte eine normale Leiterplatte mit weiteren Bauelementen, aber für den
Schalter passenden Kontaktbahnen ist, oder aber nur die Kontaktbahnen trägt. Das
im zweiten Fall entstehende selbstständige Bauelement kann dann je nach Ausbildung
der Kontaktplatte mit an einer Kante herausgeführten Kontaktanschlüssen senkrecht
auf einer anderen Leiterplatte oder bei auf der Rückseite herausgeführten Kontaktstiften
waagrecht auf einer anderen Leiterplatte montiert werden.
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Der Aufbau der Schleifkontaktvorrichtung läßt auch eine Variante der
Gestalt zu, daß der Innenraum der Gehäusekappe innerhalb eines größeren Teiles z.B.
eines
größeren Gehäuses ausgeformt ist.
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Damit die beweglichen Kontakte des Rotors nicht gestaucht werden können,
ist zwischen der an der Kontaktplatte anliegenden Auflagefläche des Rotors und der
Befestigungsfläche für den Kontaktrechen ein Zwischenraum vorgesehen. In diesem
können sich die Schleifkontakte federnd bewegen.
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Die bereits genannte vorteilhafte Anordnung der Schleifkontakte erlaubt
es mit weniger Schleifbahnen auszukommen, als Kontaktbahnen vorhanden sind. Als
Schleifbahn wird hier der Weg eines Schleifkontaktes bezeichnet, unabhängig davon,
ob er kontaktgebend oder isolierend ist. Die Anordnung der Kontaktbahnen kann dabei
so erfolgen, daß ein Teil von ihnen einen Drehwinkel abdeckt, der kleiner als 180
Grad ist. Auf diese Weise können mindestens zwei dieser Kontaktbahnen so angeordnet
werden, daß sie innerhalb der Schleifbahn von nur einem Schleifkontakt liegen, der
eine Drehbewegung von 360 Grad ausführt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden beschrieben
und sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen: Figur 1: Die Schleifkontaktvorrichtung von der Seite mit
aufgeschnittener Gehäusekappe, Figur 2: die Gehäusekappe mit Blick in den Innenraum,
Figur 3: die Gehäusekappe von der Seite,
Figur 4: die Gehäusekappe
von oben mit Blick auf die Rückwand, Figur 5: den Rotor mit Kontaktrechen von oben
mit Blick auf die Stirnseite der Stellachse, Figur 6: den Rotor mit Kontaktrechen
von der Seite mit Blick auf die Kontakt- und Rastnocken, Figur 7: den Rotor mit
Kontaktrechen von unten mit Blick auf den Kontaktrechen und den Achsstummel, Figur
8: Schleifkontaktvorrichtung von der Seite, wobei der Innenraum der Gehäusekappe
innerhalb eines größeren Teiles, z.B. eines größeren Gehäuses mit angeformt ist.
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Figur 9: eine Kontaktplatte mit Kontaktanschlüssen an einer Kante,
9.1: Schleifkontaktvorrichtung senkrecht auf einer Leiterplatte montiert.
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Figur 10: eine Kontaktplatte mit Kontaktstiften.
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Figur 11: Schleifkontaktvorrichtung waagrecht auf einer Leiterplatte
montiert, Figur 12: Schaltmatrix eines 8-4-2-1 Hexadezimal-Schalters Wie Figur 1
zeigt, besteht die Schleifkontaktvorrichtung aus einer Gehäusekappe 1, einem Rotor
20 mit Kontakt-
rechen 40 und einer Kontaktplatte 50. Die für den
Gesamtaufbau entscheidenden Teile sind die Gehäusekappe 1 und der in ihr drehbar
gelagerter Rotor 20, da diese nach Art und Abmessungen im wesentlichen gleich bleiben,
während die Kontaktplatte sehr unterschiedlich aufgebaut sein kann.
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Der Rotor 20, dessen Details in den Figuren 5 bis 7 dargestellt sind,
besteht aus einem Rad 26, auf dessen einer Seite eine Stellachse 21 und auf dessen
anderer Seite ein Achsstummel 24 befestigt sind. Das Rad 26 ist an seinem Umfang
unterbrochen, so daß zwei sich gegenüberstehende Radsegmente 27,28 verbleiben. An
dem kleineren Radsegment 27 sind beidseitig in Richtung zum größeren Radsegment
28 Rastarme 22 angeformt, an deren freien Enden Rastnocken 23 ausgebildet sind.
Die Rastnocken 23 überragen die Stirnseite des Rades 26 auf der Seite, an der die
Stellachse 21 befestigt ist.
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Auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Rades 26, an der der Achsstummel
24 befestigt ist, befindet sich auf dem größeren Radsegment 28 eine Befestigungsfläche
29 für einen Kontaktrechen 40. Auf der Befestigungsfläche 29 sind materialeinheitlich
am Rad 26 Zapfen 30 angeformt, die durch Löcher 44 des Kontaktrechens 40 passen
und diesen nach einem Verschweißen ihres Kopfes in seiner Lage halten.
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Der Kontaktrechen 40 besitzt bis zu sechs Schleiffedern 41, an deren
Ende sich Kontaktnocken 42 befinden. Die Kontaktnocken 42 sind beidseitig des Achsstummels
24 auf einer durch dessen Mittelpunkt verlaufenden Linie angeordnet. Auf jeder Seite
des Achsstummels 24 ist Platz für bis zu drei Schleiffedern 41.
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Die in den Figuren 9 und 10 dargestellte Kontaktplatte 50 muß unabhängig
von ihrem übrigen Aufbau grundsätzlich ein Zentralloch 53 besitzen, durch das der
Achsstummel 24 des Rotors 20 paßt. Die Kontaktnocken 42 des am Rotor 20 befestigten
Kontaktrechens 40 liegen dabei auf der Kontaktplatte 50 auf. Damit die Schleiffedern
41 nicht unzulässig gestaucht werden können, liegt der Kontaktrechen 40 in einem
am Rotor 20 ausgebildeten Zwischenraum. Während das kleinere Radsegment 27 eine
Auflagefläche 31 bildet, mit der sie auf der Kontaktplatte 50 aufliegt, ist die
Befestigungsfläche 29 am größeren Radsegment nach innen versetzt und bildet so den
Zwischenraum. Um eine einseitige Auflage des Rotors 20 auf der Kontaktplatte 50
zu vermeiden, ist in der Mitte des größeren Radsegmentes 28 ein Auflagezapfen 32
ausgebildet, der die Befestigungsfläche 29 gleich weit überragt wie die Auflagefläche
31.
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Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellte Gehäusekappe 1 besitzt einen
zylindrischen Innenraum 4, in welchem der Rotor Platz findet und im Querschnitt
gesehen eine etwa rechteckige Außenkontur. Auf der Innenseite einer die Gehäusekappe
1 nach außen abschließenden Rückwand 2 liegt ein aus einzelnen Rastbohrungen 5 bestehender
Rastring. Bei eingesetztem Rotor 20 greifen die an den Rastarmen 22 ausgebildeten
Rastnocken 23 in die Rastbohrungen 5 ein und sorgen für eine definierte Schaltstellung.
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Auf der Außenseite der Rückwand 2 ist eine Ausnehmung 8 vorgesehen,
in welche eine nicht dargestellte Markierungsscheibe eingelegt werden kann, die
durch einen Zentriernocken 9 in ihrer Lage gehalten wird. Ein
in
der Mitte der Gehäusekappe 1 angeordnet es Achsloch 6 dient zum Durchführen der
Stellachse 21 des Rotors 20.
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Die Stellachse 21 besitzt auf ihrer Stirnseite die Kontur eines Pfeiles,
in dessen Mitte ein Schlitz 25 zum Verstellen des Rotors angeordnet ist.
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Die quadratische Außenkontur der Gehäusekappe 1 ist an drei Ecken
abgerundet, während eine Ecke ausgebildet ist, um eine Lageorientierung zu ermöglichen.
An den drei abgerundeten Ecken befinden sich an der Unterkante der Gehäusekappe
1 Gehäusezapfen 7, für die in der Kontaktplatte 50 entsprechende Zapfenlöcher vorgesehen
sind. Die Gehäusezapfen 7 können auf der Rückseite der Kontaktplatte kopfartig verschweißt
werden.
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Bei der in Figur 9 dargestellten Kontaktplatte 50a sind die Kontaktanschlüsse
52a bis 52e der Kontaktbahnen 51a gemeinsam an einer Kante herausgeführt. Die Kontaktplatte
50a eignet sich somit zur senkrechten Montage auf einer Leiterplatte, demgegenüber
dient die Kontaktplatte 50b für eine waagerechte Montage. Hierzu sind die Kontaktbahnen
51f bis 51k mit senkrecht in die Kontaktplatte eingesetzen Kontaktstiften 55 versehen.
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Von besonderer Bedeutung für den platzsparenden Aufbau der Kontaktvorrichtung
ist die vorteilhafte Anordnung der Kontaktbahnen 51a bis 51e. Diese steht wiederum
in engem Zusammenhang mit Aufbau und Anordnung des Kontaktrechens 40, dessen Kontaktnocken
42 auf einer durch den Mittelpunkt des Achsstummels 24 verlaufenden Linie liegen.
Dabei sind jeweils beidseitig des Achsstummels 24 bis zu drei Schleiffedern 41 angeordnet.
Die Anordnung ist so getroffen, daß bis zu zwei Schleifkontakte dieselbe Schleifbahn
durchlaufen, jedoch um 180
Grad versetzt.Hierdurch wird es möglich,
die auf den Schleifbahnen angeordneten Kontaktbahnen 51 so anzuordnen, daß sie einen
Drehwinkel abdecken, der kleiner als 180 Grad ist. Hierdurch ist erreichbar, daß,
wie in Figur 9 dargestellt, die Kontaktbahnen 51c und 51d auf einer gemeinsamen
Schleifbahn liegen. Es sind hier also weniger Schleifbahnen erforderlich, als Kontaktbahnen
51 vorhanden sind. Die in Figur 9 dargestellten Kontaktbahnen 51f bis 51k gehören
zu einem mehrpoligen Schalter.
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Eine bisweilen erforderliche Drehwinkelbegrenzung kann durch Anschlagnocken
33 und Drehbegrenzungsnuten 7 am Rotor 20 oder in der Gehäusekappe 1 erreicht werden.
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Dabei wirken die Nocken und Nuten in bekannter Weise wechselseitig
zusammen. Mit Hilfe eines Werkzeuges kann die Anordnung in einer gewünschten Winkelstellung
wahlweise erfolgen.
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Wie Figur 8 darstellt, läßt sich die Schleifkontaktvorrichtung in
etwas abgewandelter Form in ein größeres Gehäuse integrieren. Der Rotor kann hierbei
ggf. auch über eine Stellscheibe 34 verstellt werden.