DE3416495A1

DE3416495A1 - Potentiometer

Info

Publication number: DE3416495A1
Application number: DE19843416495
Authority: DE
Inventors: Peter-Josef 7580 Bühl Bauer; Erik 7602 Oberkirch Männle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-02-04
Filing date: 1984-05-04
Publication date: 1985-08-08
Also published as: US4706062A; WO1985003594A1; EP0171395A1

Description

_R. . 19197 i.P.

2.4. 1 98J+

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Potentiometer

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Potentiometer, insbesondere für ein elektrisches Gaspedal in Kraftfahrzeugen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei sogenannten elektrischen Gaspedalen dienen solche Potentiometer dazu, einen Stellmotor anzusteuern, der das der Brennkraftmaschine oder dem Kraftfahrzeug*- motor zugeführte Kraftstoff-Luftgemisch - wie bei Betätigung des sonst üblichen Gaspedals - einstellt. Entsprechend der am Potentiometer abgegriffenen Steuerspannung wird der Stellmotor angesteuert, der eine Drehzahlerhöhung oder Drehzahlreduzierung der Brennkraftmaschine bewirkt.

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In vielen Fällen, insbesondere beim Kraftfahrzeug mit einem solchen elektrischen Gaspedal, ist es erforderlich, in Abhängigkeit von der dem Stellmotor zugeführten Steuerspannung elektrische Schalter zur Auslösung bestimmter Funktionen zu betätigen, so bei der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs einen Leerlauf- Sicherheitsschalter, Vollastschalter, Kick-down-Schalter, Drosselklappenschalter und sonstige Schalter, z.B. für Benzinpumpe, Zündung etc. sowie mehrere Kontrollschalter. Solche Schaltfunktionen werden bisher von sogenannten Mikroschaltern ausgeführt, die über das Potentiometer ein- bzw. ausgeschaltet werden. Der erforderliche Montageaufwand für die vom Potentiometer getrennt einzubauenden Mikroschalter ist beträchtlich. Außerdem entstehen erhebliche Toleranzen in der Zuordnung von Zeitschaltpunkt und der am Potentiometer abgegriffenen Steuerspannung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Potentiometer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, im Aufbau sehr einfach und in der Herstellung sehr kostengünstig zu sein. Die Schaltzeitpunkte lassen sich hochgenau und mit sehr kleinen Fertigungstoleranzen der Potentiometerstellung und der abgegriffenen Steuerspannung zuordnen. Potentiometer und Schalter sind robust, wenig störanfällig und damit für rauhen Betriebseinsatz geeignet und weisen eine relativ hohe Lebensdauer auf.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Potentiometers ergeben sich aus den Ansprüchen 2 -

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Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer Potentiometerplatte eines Drehpotentiometers mit Schaltern, Fig. 2 eine Draufsicht eines Potentiometerstellglieds zur Verwendung mit der Potentiometerplatte in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III

in Fig. 2,

Fig. 4 ein Weg-Schritt-Diagramm des Drehpotentiometers mit Schaltern gemäß Fig. 1-3,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht eines Potentiometers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine Draufsicht der Potentiometerplatte des Potentiometers in Fig. 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in den Fig. 1 - 3 in seinen Einzelteilen dargestellte Potentiometer für ein elektrisches Gaspedal in einem Kraftfahrzeug ist als Drehpotentiometer ausgebildet. Es weist eine in Fig. 1 in Draufsicht zu sehende kreisscheibenförmige Potentiometerplatte 10 auf, auf welcher eine als Widerstandbahn ausgebildete Kollektorbahn 11 angeordnet ist. Die halbkreisbogenförmige Kollektorbahn 11 ist auf der einen Scheibenhälfte der Potentiometerplatte 10 aufgebracht und erstreckt sich etwa über . einen Winkel von 180°. An beiden Enden weist die Kollektorbahn 11 jeweils einen Anschlußkontakt 12, 13 auf, der als Bohrung ausgebildet ist, in welche von der Rückseite

der Potentiometerplatte 10 her Anschlußkabel eingesteckt werden können. Parallel, d.h. konzentrisch zur Kollektorbahn 11 erstreckt sich eine ebenfalls etwa halbkreisförmige Schleifbahn 14, die über eine wie sie auf der Potentiometerplatte IO aufgebrachte Anschlußfahne 15 ebenfalls mit einem Anschlußkontakt 16 verbunden ist.

Ein in Fig. 2 in Draufsicht und in Fig. 3 im Schnitt dargestelltes Potentiometerstellglied 17 trägt einen Ausleger 18, an welchem zwei elektrisch miteinander verbundene Kontaktfedersätze 19, 20 befestigt sind. Im montierten Zustand des Potentiometers liegt ein Kontaktfedersatz 19 bzw, 20 schleifend auf der Kollektorbahn 11 bzw. auf der Schleifbahn 14 auf. Die beiden Kontaktfedersätze 19 und 20 bilden somit den Schleifer oder Potentiometerabgriff des Potentiometers, der je nach Drehstellung einen Teil der zwischen den Anschlußkontakten 12 und 13 an der Kollektorbahn 11 abfallenden Spannung als Steuerspannung abgreift, die an dem Anschlußkontakt 16 der Schleifbahn 14 abnehmbar ist. Die über den Verstellweg des Potentiometerstellglieds 17 von dem Schleifer 19, 20 abgegriffene Steuerspannung ist in Fig. 4 unten dargestellt. Man sieht, daß die Steuerspannung bis zu einem Drehwinkel von 30° Null bleibt, dann linear mit dem Drehwinkel zunimmt und schließlich bei einem Drehwinkel von 150° den maximalen Betrag erreicht, der bis zu einem Drehwinkel von 180° beibehalten wird.

Die andere Scheibenhälfte der Potentiometerplatte stellt eine Schaltscheibe dar, auf welcher vier elektrische Schalter 21, 22,23,24 mit bezüglich der Kollektorbahn 11 räumlich festgelegten Ein- und Ausschaltpunkten

angeordnet sind. Die Ein- und Ausschaltpunkte der Schalter 21 - 24 in Zuordnung zu dem Drehwinkel des Potentiometers sind in dem Weg-Schritt-Diagramm in Fig. 4 dargestellt. Die die Ein- und Ausschaltung bewirkenden Schaltelemente sind - wie noch beschrieben wird - elektrisch isoliert am Potentiometerstellglied 17 befestigt.

Jeder Schalter 21 - 24 weist eine auf der Potentiometerplatte 10 aufgebrachte Kontaktbahn 25, 26,27,28 auf, deren Anfang und Ende den Ein- und Ausschaltpunkt des Schalters 21 - 24 bestimmen. Weiter weist jeder Schalter 21 - 24 einen Kontaktfinger 29,30 auf, der mit dem Potentiometerstellglied 17 mechanisch verbunden ist und über die Kontaktbahn hinweggedreht werden kann, wobei er dabei gleitend auf dieser aufliegt. Da die beiden Schalter 21 und 22 und die beiden Schalter 23 und 24 zeitlich nacheinander wechselweise nicht überlappend schließen, sind ihre Kontaktbahnen 25, 26 bzw. 27, 28 hintereinander mit Abstand im wesentlichen fluchtend angeordnet, so daß die Kontaktbahnen 25, 26 bzw. 27, 28 auf zwei zueinander konzentrischen Halbkreisbögen liegen. Für die hintereinander liegenden Kontaktbahnen 25, 26 bzw. 27, 28 ist jeweils nur ein Kontaktfinger 29 bzw. 30 (Fig. 2) erforderlich. Jede Kontaktbahn 25 - 28 hat einen Anschlußkontakt 31 - 34, die ebenso wie bei der Kollektorbahn 11 als Bohrlöcher zum rückseitigen Einstecken von Anschlußkabeln ausgebildet sind. Konzentrisch zu den vier Kontaktbahnen 25 - 28 liegt zur Achse der Potentiometerplatte 10 hin auf letzterer eine Gegenpotentialbahn 35, die mit einem Anschlußkontakt 36 versehen ist.

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Das Potentiometerstellglied 17 trägt einen zweiten, dem ersten diametral gegenüberliegenden Ausleger 37, an dem die beiden Kontaktfinger 29, 30 und ein weiterer Kontaktfinger 38 angeordnet sind, der in jeder Drehstellung des Potentiometerstellglieds 17 auf der Gegenpotentialbahn 35 federnd aufliegt. Der Kontaktfinger 38 bildet mit jedem der Kontaktfinger 29,30 eine die Gegenpotentialbahn 35 mit den Kontaktbahnen 25, 26 bzw. 27, 28 verbindende Kontaktbrücke, die das Schaltelement der Schalter 21 - 24 darstellt. Jeder der Kontaktfinger 29, 30, 38 ist als Kontaktfedersatz 39, 40 41 ausgebildet. Die Kontaktfedersätze 39 - 41 sitzen isoliert auf dem Ausleger 37 und sind über einen Steg 42 elektrisch leitend miteinander verbunden.

Die Kontaktbahnen 25 - 28 können in der gleichen Weise hergestellt werden wie die Kollektorbahn 11, also nach in der Potentiometertechnik üblichen Verfahren. Für höhere Leistungen ist es zweckmäßig, die Kontaktbahnen als Metallplatten auszubilden, die in die Potentiometerplatte 10 eingelassen werden.

Das in Fig. 5 und 6 als weiteres Ausführungsbeispiel schematisch dargestellte Potentiometer stimmt in seiner Funktionsweise mit dem beschriebenen identisch überein und ist nur in seinem Aufbau etwas modifiziert. Soweit Bauteile übereinstimmen, sind sie mit gleichen, jedoch mit einem Beistrich versehenen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Auch hier ist wiederum die Potentiometerplatte 10' als Kreisscheibe (Fig. 6) und das Potentiometerstellglied 17' als Drehglied ausgebildet, das um einen an der

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Potentiometerplatte 10' zentral angeordnete Stift 50' drehbar ist (Fig. 5). Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1-3 sind hier die Kontaktbahnen 51' und 52' und die Kollektorbahn II¹ auf der gleichen Hälfte der Potentiometerplatte 10' und die Gegenkontaktbahn 35' und die der Kollektorbahn 11' elektrisch zugeordnete Schleifbahn 14' auf der anderen Scheibenhälfte angeordnet. Die wiederum fluchtend hintereinanderliegenden Kontaktbahnen 51' und 52' von zwei zeitlich nacheinander betätigten Schaltern liegen wiederum auf einem Halbkreisbogen, der sich hier konzentrisch zur Kollektorbahn 11' erstreckt. Die Kontaktbahn 11' und Kollektorbahnen 51', 52' sind dabei räumlich möglichst dicht beieinander angeordnet.

Diese Anordnung von Kontaktbahnen 51', 52' und Kollektorbahn 11' hat den Vorteil, daß das Potentiometer nicht hochgenau gefertigt oder nachträglich justiert werden muß, um eine exakte Zuordnung von Spannungsteilerverhältnis, also die am Potentiometer abgegriffene Spannung im Verhältnis zur Gesamtspannung, und Schaltzeitpunkt der von den Kontaktbahnen 51' und 52' gebildeten Schalter zu erzielen. Eine geringe, innerhalb relativ großer Fertigungstoleranzen liegende Exzentrität des Potentiometerstellgliedes 17' zu der Potentiometerplatte 10', die durch Außermittigkeit des Drehpunktes oder durch Toleranz in der Aufpreßhöhe des Drehgliedes hervorgerufen wird, führt hier zu keiner oder nur zu einer geringen, noch zulässigen Veränderung des Spannungsteilerverhältnisses in dem jeweiligen Schaltzeitpunkt, d.h. dem Zeitpunkt des Ansprechens der Schalter. Dadurch sind bereits serienmäßig und ohne Notwendigkeit der Justierung die Schalter exakt einer bestimmten Drehwinkelstellung des Potentiometerstellglieds 17' und

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damit einem zuverlässig genauen Spannungsteilerverhältnis zugeordnet.

Das als Drehglied ausgebildete Potentiometerstellglied 17' weist zwei elektrisch isoliert angeordnete Drehbügel 53' und 54' auf, die drehfest miteinander verbunden sind. Die beiden Drehbügel 53', 54' sind elektrisch isoliert gegeneinander an einem auf dem Stift 50' gleitenden Haltering 55' befestigt, so daß sie sich miteinander synchron verdrehen. Der Drehbügel 53' weist zwei elektrisch miteinander verbundene, diametral angeordnete Schleiffedersätze 56',57 auf, die federnd auf den zugeordneten Leiterbahnen, nämlich auf der Kollektorbahn II¹ und der Schleifbahn 14' aufliegen. Der andere Drehbügel 54' trägt ebenfalls identisch ausgebildete Schleiffedersätze 58' und 59', die auf den Kontaktbahnen 51' und 52' bzw. auf der Gegenpotentialbahn 35' schleifen.

Auch bei dieser Ausführungsform des Potentiometers können Schalter vorgesehen werden, die zeitlich überläppend öffnen und schließen. Hierzu sind eine oder mehrere Kontaktbahnen vorzusehen, die als Halbkreisbögen konzentrisch zu der Kollektorbahn 11' anzuordnen sind. Im Interesse eines möglichst kleinen Exzentritätsfehlers sind parallele Kontaktbahnen zweckmäßigerweise auf beiden Seiten der Kollektorbahn II¹ und möglichst dicht an dieser vorzusehen. Der Drehbügel 54' erhält dann einen weiteren Schleiffedersatz, der auf den weiteren parallelen konzentrischen Kontaktbahnen aufliegt.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel eines Drehpotentiometers be-

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schränkt. In gleicher Weise kann das Potentiometer als Schiebepotentiometer ausgebildet werden, bei welchem die Kollektorbahn und die Kontaktbahnen parallel zueinander liegen. Kontaktbahnen zeitlich nacheinander und zeitlich nicht überlappend schließender Schalter liegen dabei in gleicher Weise längs des Verschiebewegs des Potentiometerstellgliedes miteinander fluchtend hintereinander. Kollektorbahn und Kontaktbahnen können auch auf verschiedene Seiten der Potentiometerplatte angeordnet werden.

Des weiteren ist es nicht erforderlich, daß die Schaltelemente der Schalter 21 - 24, also die von den Kontaktfedersätzen 39, 40 gebildeten Kontaktfinger 29, 30 am Potentiometerglied 17 elektrisch isoliert angebracht sind. Vielmehr kann zur Erzeugung eines Schaltsignals auch die Potentiometerspannung selbst verwendet werden, indem die Kontaktfinger 29, 30 mit den den Schleifer bildenden Kontaktfedersätzen 19, 20 elektrisch leitend verbunden sind.

In diesem Fall können die Gegenkontaktbahn 35 auf der Potentiometerplatte 10 und der zugehörige Kontaktfinger 38 an dem Ausleger 37 entfallen.

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Claims

R. 19197 i.? 2. 4.198Ii Rcser ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Ansprüche

1. Potentiometer, insbesondere für ein elektrisches Gaspedal in Kraftfahrzeugen, mit einer Potentiometerplatte, auf welcher mindestens eine als Wider-Standsbahn ausgebildete Kollektorbahn angeordnet ist, und mit einem mechanisch betätigbaren Potentiometerstellglied zum Abgreifen einer elektrischen Steuerspannung, das einen auf der Kollektorbahn gleitenden Schleifer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Potentiometerplatte (10) elektrische Schalter (21-24) mit bezüglich der Kollektorbahn (11) räumlich festgelegten Ein- und Ausschaltpunkten angeordnet sind und daß die Ein- und Ausschaltung bewirkende Schaltelemente (29,30) am Potentiometerstellglied (17) befestigt sind.

2. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß jeder Schalter (21-24) von einer auf der Potentiometerplatte (10)

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aufgebrachten Kontaktbahn (25-28), deren Anfang und Ende den Ein- und Ausschaltpunkt des Schalters (21-24) bestimmt , und von einem über die Kontaktbahn (25-28) hinwegdrehenden und dabei gleitend aufliegenden Kontaktfinger (29,30) gebildet ist, der mit dem Potentiometerstellglied (17) starr verbunden ist.

3- Potentiometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zeitlich nacheinander und nicht überlappend schließenden Schaltern(21,22 bzw. 23, 24) die Kontaktbahnen (25,26 bzw 27,28) hintereinander im wesentlichen fluchtend angeordnet sind und ein einziger Kontaktfinger (29 bzw. 30) für alle Schalter (21,22 bzw. 23,24) vorgesehen ist.

4. Potentiometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei zeitlich gleichzeitig und/oder überlappend schließenden Schaltern (21,23 bzw. 22,24) die Kontaktbahnen (25,27 bzw. 26, 28) parallel zueinander angeordnet sind und jedem Schalter (21,23 bzw. 22,24) ein separater Kontaktfinger (29,30) zugeordnet ist.

5. Potentiometer nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kontaktbahn (25-28) einen Anschlußkontakt (31-34) aufweist, daß auf der Potentiometerplatte (10) eine über die Gesamtlänge hintereinanderliegender Kontaktbahnen (25,26 bzw. 27,28) sich erstreckende Gegenpotentialbahn (35) mit Anschlußkontakt (36) angeordnet ist und daß jeder Kontakt-

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finger (29,30) mit einem auf der Gegenpotentialbahn (35) schleifend aufliegenden weiteren Kontaktfinger (38) eine die jeweilige Kontaktbahn (25,26 bzw. 27,28) mit der Gegenpotentialbahn (35) verbindende Kontaktbrücke bildet.

6. Potentiometer nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahnen (25-28;50',51') als Metallplatten ausgebildet sind, die in die Potentiometerplatte (10,10') eingelegt sind.

7. Potentiometer nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiometerplatte (1O;1O') als Kreisscheibe und das Potentiometerstellglied (17;17') als ein um die Zentralachse der Potentiometerplatte (10;10') drehbares Drehglied ausgebildet ist.

8. Potentiometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorbahn (11) auf der einen Scheibenhälfte und die Kontaktbahnen (25-28) auf der anderen Scheibenhälfte der Potentiometerplatte (10) sich jeweils etwa über 180 Drehwinkel erstrecken.

9. Potentiometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Kontaktbahnen (25,26 bzw. 27,28) und die Gegenpotentialbahn (35) konzentrisch angeordnet sind und die Kontaktbrücken von elektrisch miteinander verbundenen Schleiffedersätzen (39-41) gebildet sind, die an einem quer über die Bahnen (25-28,35)

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hinwegreichenden Ausleger (37) des Potentiometerstellglieds (17) befestigt sind und auf jeweils einer der konzentrischen Bahnen (25-28,35) gleiten.

10. Potentiometer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur halbkreisförmig angeordneten Kollektorbahn (11) eine weitere konzentrisch dazu angeordnete, sich über deren Gesamtlänge erstreckende halbkreisförmige Schleifbahn (14) angeordnet ist, daß die Kollektorbahn (11) an beiden Enden jeweils einen Anschlußkontakt (12,13) und die Schleifbahn (14) einen weiteren Anschlußkontakt (16) aufweist und daß der Schleifer (19,20) auf Kontaktbahn (11) und Schleifbahn (14) federnd aufliegt.

11. Potentiometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahnen (5.1 ',52') und die Kollektorbahn (II¹) auf der gleichen Scheibenhälfte und die Gegenkontaktbahn (35 ^!) und eine der Kollektorbahn (II¹) elektrisch zugeordnete Schleif- bahn (14') auf der anderen Scheibenhälfte der Potentiometerplatte (10') angeordnet sind und daß dxe fluchtend in Form eines Haibkreisbogens hintereinanderliegenden Kontaktbahnen (51',52') sich konzentrisch zur Kollektorbahn (II¹) mit vorzugsweise geringem Abstand dazu erstrecken.

12. Potentiometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß parallele Kontakt- bahnen als konzentrische Halbkreisbögen auf beiden Seiten der Kollektorbahn (II¹) angeordnet sind.

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13. Potentiometer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehglied zwei elektrisch isoliert und drehfest miteinander verbundene Drehbügel (53',54') aufweist, daß der eine Drehbügel (53') mit zwei elektrisch verbundenen, diametral angeordneten Schleiffedersätzen (56',57') auf der Kollektorbahn (II¹) und der Schleifbahn (14') federnd aufliegt und daß der andere Drehbügel (54') als Kontaktbrücke gleichartige, elektrisch miteinander verbundene Schleiffedersätze (58',59') trägt, die auf der Gegenpotentialbahn (35') und auf jedem zur Kollektorbahn (II¹) konzentrischen, von mindestens einer Kontaktbahn (51',52') gebildeten Halbkreisbogen aufliegen.

14. Potentiometer nach einem der Ansprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontakte (12,13,16,31-34) als von der Rückseite der Potentiometerplatte (10) zugängliehe und belegbare Einsteckbohrungen ausgebildet sind.