DE3621584C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bedienungselements mit einem in einen Träger eingespritzten Potentiometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bedienungselements mit einem in einen Träger eingespritzten oder eingegossenen einstell­ baren elektrischen Potentiometer und einem Betätigungsorgan, das mit einem Einstellelement des elektrischen Potentiometers verbindbar und zwischen definierten Endlagen in Bezug auf den Träger beweglich ist.

Derartige Bedienungselemente werden vielfach als Sollwertgeber für elektronische Steuerungen, beispielsweise für die Steuerung einer Klimaanlage, eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Aus der Praxis ist ein Herstellungsverfahren bekannt, bei dem das Potentiometer in den Träger eingespritzt oder eingegossen wird. Der Träger ist in seiner Form an die jeweiligen Einbaubedingungen angepaßt und weist angeformte Anschläge auf, die den Einstell­ bereich für das Betätigungsorgan begrenzen und somit die Extremwerte des mit dem Potentiometer einstellbaren elektrischen Widerstands festlegen.

In vielen Anwendungsfällen ist es wesentlich, daß wenigstens in einer Endlage des Betätigungsorgans der Widerstand des Potentiometers mit großer Genauigkeit einem vorgegebenen Wert entspricht. Wenn beispielsweise mit Hilfe des Soll­ wertgebers eine Lüftungsklappe einer Klimaanlage gesteuert werden soll, so muß sichergestellt sein, daß die Lüftungs­ klappe vollständig schließt, wenn der Sollwertgeber in eine Endlage eingestellt wird. Der Widerstandwert in dieser Endlage muß daher genau mit dem der geschlossenen Stel­ lung der Lüftungsklappe entsprechenden Wert überein­ stimmen.

Aufgrund unvermeidlicher Herstellungstoleranzen der Potentiometer läßt sich das oben genannte Erfordernis bisher nur dadurch erfüllten, daß teure Präzionspoten­ tiometer verwendet werden oder daß die Verbindung zwi­ schen dem Betätigungsorgan und dem Einstellelement (dem Schleifer) des Potentiometers in verhältnismäßig auf­ wendiger Weise so gestaltet wird, daß eine Nachjustie­ rungsmöglichkeit besteht.

Aus der DE-AS 28 26 786 ist ein Verfahren zur Linearisierung eines Präzi­ sions-Drehpotentiometers bekannt, bei dem das Potentiometer in eine dreh­ bare Vorrichtung eingespannt und bei festgehaltenem Schleifer relativ zu ei­ nem ortsfest an der Vorrichtung angebrachten Fräser gedreht wird, so daß die Widerstandsringsbahn des Potentiometers mit Hilfe des Fräsers abgefräst wird, während gleichzeitig die Änderung des am Schleifer abgegriffenen elektrischen Potentials elektronisch überwacht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine rationelle Herstellung von Bedienungselementen der eingangs genann­ ten Art mit hoher Endlagengenauigkeit ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß das Potentiometer vor dem Einspritzen bzw. Eingießen in den Träger elektrisch an ein Meßgerät angeschlossen und geeicht wird, indem das Potentiometer im Formhohlraum des Werkzeugs zur Herstellung des Trägers relativ zu dem festgehaltenen Einstellelement bewegt wird.

Bei dem Eichvorgang wird das Einstellelement in einer Position gehalten, die einer der Endlagen des Betätigungsorgans entspricht, und der übrige Teil des Potentiometers wird solange gedreht, bis das Meßgerät den gewünschten Wert für den Widerstand anzeigt. Wenn das Potentiometer in dieser Stellung in den Träger eingespritzt wird und anschließend das Betätigungsorgan mit dem Einstellelement verbunden wird, so ist sichergestellt, daß das Potentiometer exakt auf den gewünschten Wert eingestellt ist, wenn sich das Betätigungsorgan in der durch die Anschläge an dem Träger begrenzten Endlage befindet.

Bevorzugt wird bei dem Eichvorgang auch der zweite Endlagenwert des Potentiometers überprüft, in­ dem das Einstellelement um einen bestimmten Winkel in die der zweiten Endlage entsprechende Position gedreht wird. Wenn der mit Hilfe des Meßgeräts gemessene zweite Endlagenwert um mehr als die zulässige Toleranz von dem gewünschten Wert abweicht, so wird das betreffende Potentiometer als fehlerhaft aussortiert und durch ein anderes Bauteil ersetzt. Auf diese Weise können fehlerhafte Potentiometer bereits vor dem Einspritzen in den Träger aus­ gesondert werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ist in dem ersten Vorrich­ tungsanspruch angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patent­ ansprüchen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1, 2, 3 eine Frontansicht, eine Seiten­ ansicht bzw. eine Rückansicht eines Bedienungselements;

Fig. 4 ein Betätigungsorgan des Bedie­ nungselements;

Fig. 5 eine Ansicht der Innenfläche eines Trägers des Bedienungs­ elements;

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Spritz­ gußwerkzeug zur Herstellung des Trägers; und

Fig. 7 einen Teilschnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6.

Zunächst soll anhand der Fig. 1 bis 5 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bedienungsele­ ment beschrieben werden, das als Sollwertgeber 10 für eine elektronische Klimaanlagen-Steuerung eines Kraft­ fahrzeugs eingesetzt wird.

Der Sollwertgeber 10 weist einen Träger 12, ein Poten­ tiometer 14, ein Betätigungsorgan 16 und eine Deckplatte 18 auf. Der Träger 12 bildet eine kreisförmige Scheibe 20 und einen Kabelkanal 22 zur Aufnahme von drei Kabeln 24 zum Anschluß des Potentiometers 14. Am freien Ende des Kabelkanals 22 ist eine Fassung 26 für eine Glühbirne zur Beleuchtung des Sollwertgebers angeformt.

Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, ist der Träger 12 auf der Innenseite mit zwei konzentrischen kreisförmigen Rippen 28, 30 versehen, die von den Kabeln 24 durchlaufen werden. Die Kabel 24 sind fest in den Kabelkanal 22 und in die Rippen 28, 30 eingespritzt und mit Anschlußfahnen 32 des Potentiometers verlötet. Das Potentiometer 14 liegt frei in einer Ausnehmung 34 des Trägers 12 und wird durch die in das Trägermaterial eingespritzten Anschlußfahnen 32 gehalten.

Das Betätigungsorgan 16 hat im wesentlichen die Form einer Kreisscheibe, die auf einem Teil ihres Umfangs mit einer Riffelung 36 versehen ist. Eine etwa halbkreis­ förmige Rippe 38 des Betätigungsorgans greift in den Zwischenraum zwischen den Rippen 28,30 des Halters 12 ein, so daß das Betätigungsorgan 16 konzentrisch zu der Scheibe 20 des Trägers 12 drehbar ist. Ein axial von der Mitte des Betätigungsorgans vorspringender Sechskantstift 40 erstreckt sich durch eine Öffnung Im Gehäuse des Potentiometers 14 und steht mit einer Sechskantöffnung 41 eines den Schleifer tragenden Teils des Potentiometers in Eingriff. Wenn das Betätigungs­ organ 16 gedreht wird, wird daher der Schleifer des Potentiometers über die innen an dem Gehäuse des Poten­ tiometers angebrachte Widerstandsschicht geschwenkt.

Zwei von der Innenfläche des Trägers 12 vorspringende Stifte 42 erstrecken sich durch kreisbogenförmige Aus­ nehmungen 44 des Betätigungsorgans 16 und begrenzen den Winkelbereich, in welchem das Betätigungsorgan drehbar ist. Die Deckplatte 18 ist auf den Kabelkanal 22 und auf die freien Enden der Stifte 42 aufgesteckt.

In Fig. 6 ist ein Werkzeug zum Spritzgießen des Trägers 12 dargestellt.

Zwei in Formhaltern 46, 48 gehaltene Formhälften 50,52 bilden einen Formhohlraum für den Träger 12. Die Kabel 24 werden durch an der unteren Formhälfte 52 ausgebildete Stege in der Teilungsebene 54 der Form gehalten und am Ende des Kabelkanals 22 von Rippen 56 der oberen und unteren Formhälften dicht umschlossen.

Die untere Formhälfte 52 weist einen zylindrischen Block 58 auf, der mit Hilfe einer Hohlwelle 60 in einer zylin­ drischen Buchse 62 drehbar ist. Der zylindrische Block 58 und die Buchse 60 sind am oberen Rand mit ringförmigen Nuten versehen, die die Rippen 28, 30 des Trägers 12 bilden. Das Potentiometer 14 liegt in einer Ausnehmung am oberen Ende des Blockes 58.

Die obere Formhälfte 50 ist mit einem kegelstumpfförmigen Stempel 64 versehen, der die Ausnehmung für das Poten­ tiometer 14 nach oben dicht abschließt, so daß die Spritzmasse während des Spritzvorgangs von dem Poten­ tiometer ferngehalten wird. Die aus dem Potentiometer­ gehäuse vorspringenden Anschlußfahnen 32 werden von Absperrorganen 70 an dem Block 58 und dem Stempel 64 dicht umschlossen. Zwei vom oberen Ende des Blockes 58 vor­ springende Mitnehmerstifte 66 greifen in entsprechende Bohrungen des Stempels 64 ein, so daß sich der Stempel 64 bei einer Drehung des Blockes 58 mitdreht.

Eine durch die Hohlwelle 60 und durch Mittelbohrungen des Blockes 58 und des Stempels 64 verlaufende Sechskant­ welle 68 steht mit der Sechskantöffnung des Schleifers des Potentiometers in Eingriff.

Das Potentiometer 14 und die Kabel 24 werden wie folgt in den Träger 12 eingespritzt.

Das Potentiometer wird bei geöffneter Form auf die Sechs­ kantwelle 68 aufgesteckt und in die Ausnehmung des Blockes 58 eingesetzt. Das Gehäuse des Potentiometers liegt jedoch nicht unmittelbar auf dem Grund der Aus­ nehmung auf, sondern wird durch einen nicht gezeigten Federboden geringfügig nach oben vorgespannt, so daß die Anschlußfahnen 32 einen gewissen Abstand zu dem Absperrorgan an dem Block 58 aufweisen, wie in Fig. 7 zu erkennen ist. Hierdurch wird verhindert, daß die Anschlußfahnen 32 durch den Block 58 kurzgeschlossen werden. Der obere Formhalter 46 wird so weit abgesenkt, daß die Führungsstifte 66 in die entsprechenden Bohrun­ gen des Stempels 64 eingreifen. Die Form bleibt jedoch noch so weit geöffnet, daß die Anschlußfahnen 32 auch nicht durch den Stempel 64 kurzgeschlossen werden.

Die aus der Form herausführenden Kabel 24 werden an ein Meßgerät angeschlossen, so daß der jeweils einge­ stellte Widerstandswert des Potentiometers 14 über­ wacht werden kann. Die Sechskantwelle 68 wird in einer Position gehalten, die genau mit der späteren Stellung des Sechskantstiftes 40 des Betätigungsorgans 16 über­ einstimmt, wenn sich das Betätigungsorgan in der End­ lage befindet, in der eine hohe Genauigkeit des Poten­ tiometers verlangt wird. Während die Sechskantwelle 68 in dieser Stellung festgehalten wird, werden der Block 58, der Stempel 64 und das in der Ausnehmung des Blocks 58 aufgenommene Potentiometergehäuse mit Hilfe der Hohl­ welle 60 gedreht, bis der von dem Meßgerät angezeigte Widerstandswert mit dem Sollwert für die betreffende Endlage übereinstimmt. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, sind von dieser Drehbewegung nur diejenigen Teile der Form betroffen, die die Ausnehmung 34 für das Potentiometer 14 bilden, während die Formbereiche, die die äußeren Teile des Trägers 12 und insbesondere die Anschlagstifte 42 für das Betätigungsorgan 16 bilden, an dieser Dreh­ bewegung nicht beteiligt sind.

Nachdem das Potentiometer 14 in dieser Weise auf die erste Endlage geeicht wurde, wird die Hohlwelle 60 fest­ gehalten und die Sechskantwelle 68 mit Hilfe eines nicht gezeigten Antriebs um einen festen Winkel in eine Position gedreht, die der entgegengesetzten Endlage des Betätigungs­ organs 16 entspricht. Mit Hilfe des Meßgerätes kann so überprüft werden, ob das Potentiometer auch in dieser Endlage den richtigen Widerstandswert aufweist, und ggf. kann ein schadhaftes Potentiometer vor dem Einspritzen in den Träger ausgewechselt werden.

Nach Abschluß dieses Eich- und Prüfvorgangs wird die Form geschlossen, so daß die Absperrorgane 70 die Anschlußfahnen 32 des Potentiometers fest umschließen und beim anschließenden Spritzvorgang einen Eintritt der Spritzmasse in den Hohlraum für das Potentiometer verhindern. Die außerhalb der Absperrorgane 70 gele­ genen Enden der Anschlußfahnen 32 und die Kabel 24 wer­ den bei dem Spritzvorgang in den Träger eingespritzt. Auf diese Weise wird das Gehäuse des Potentiometers 14 in Bezug auf den Träger 12 fixiert, so daß die gewünschte Eichung auch nach dem Entformen des Trägers 12 erhalten bleibt.

Das Betätigungsorgan 16 wird in der Winkelstellung, die der eingestellten Endlage entspricht, auf den Träger 12 aufgesteckt, so daß nunmehr anstelle der Sechskantwelle 68 der Sechskantstift 40 in die Sechskantöffnung 41 des Schleifers eintritt. Die Winkelstellung des Betätigungs­ organs 16 in Bezug auf den Schleifer des Potentiometers kann allenfalls in 60°-Schritten variiert werden, während die durch den Eichvorgang bewirkte Feinjustierung erhalten bleibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, Fertigungstoleranzen der Potentiometer, insbesondere Toleranzen bei der Orientierung des Innensechskants des Schleifers auszugleichen, so daß Sollwertgeber mit hoher Endlagengenauigkeit unter Verwendung verhältnismäßig preiswerter Potentiometer hergestellt werden können.

Während bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel das Gehäuse des Potentiometers eingespritzt und der Schleifer mit dem Betätigungsorgan verbunden wird, ist es auch möglich, ein mit dem Schleifer verbundenes Teil des Potentiometers in den Träger einzuspritzen und das Betätigungsorgan mit dem mit der Widerstandsschicht versehenen Teil des Potentiometers zu verbinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von Bedienungselementen, die anstelle eines Potentiometers ein anderes elektrisches Bauteil wie etwa eine Spule mit verstellbarer Induktivität oder einen Kondensator mit verstellbarer Kapazität enthalten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bedienungselements (10) mit einem in einen Träger (12) eingespritzten oder einge­ gossenen einstellbaren elektrischen Potentiometer (14) und einem Betätigungsorgan (16), das mit einem Einstellelement des elektrischen Potentiometers (14) verbindbar und zwischen definierten Endlagen in bezug auf den Träger (12) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (14) vor dem Einspritzen bzw. Eingießen in den Träger (12) elektrisch an ein Meßgerät angeschlossen und geeicht wird, indem das Potentiometer (14) im Form­ hohlraum des Werkzeugs zur Herstellung des Trägers (12) relativ zu dem festgehaltenen Einstellelement bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Eichung des elektrischen Potentiometers (14) auf eine erste Endlage des Betätigungsorgans (16) des Einstellelement um einen festen Winkel in eine der anderen Endlage entsprechenden Position gedreht wird und mit Hilfe des Meßgeräts der entsprechende Grenzwert des Einstellbereichs des elektrischen Potentiometers (14) überprüft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eichung des elektrischen Potentiometers (14) vor dem vollständigen Schließen der Formhälften (50, 52) für den Träger (12) erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Teilen einer Aufnahmevorrichtung (58, 64) für das elektrische Potentiometer (14) aufweisenden Formhälften (50, 52) für den Träger (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Formhälften (50, 52) des Werkzeugs ein arretierbares Eingriffsorgan (68) für das Einstellglied des elektrischen Potentiometers (14) aufweist und daß die Teile der Aufnahmevorrichtung (58, 64) für das Potentiometer (14) steuerbar in dem Formhohlraum des Werkzeugs beweglich sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Aufnahmevorrichtung (58, 64) für das elektrische Potentiometer (14) die Teile der Aufnahmevorrichtung (58, 64) aufweist, die jeweils in einer der Formhälften (50, 52) des Werkzeugs geführt sind und zusammen eine bei geschlossener Form gegenüber dem Formhohlraum abgedichtete Ausnehmung bilden, die das elektrische Potentiometer (14) mit Ausnahme der elektrischen Anschlüsse (32, 24) dieses Potentiometers (14) aufnimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, zur Herstellung eines Bedienungselements mit einem elektrischen Potentiometer (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffswelle (68) eine senkrecht zur Teilungsebene der Form verlaufende Welle mit einem an die Eingriffsöffnung des Schleifers des Potentiometers angepaßten Querschnitt ist und daß die Teile der Aufnahmevorrichtung (58, 64) eine zylindrische oder konische Form aufweisen und koaxial zueinander und zu der Eingriffswelle (68) angeordnet und um die Achse der Eingriffswelle (68) drehbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Aufnahmevorrichtung (58, 64) über axiale Stifte (66) miteinander verbunden sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Aufnahmevorrichtung (58, 64) mit Absperrorganen (70) versehen sind, die bei geschlossener Form mehrere unisolierte Anschlußfahnen (32) des elektrischen Potentiometers (14) dicht umschließen und daß die Teile der Aufnahmevorrichtung (58, 64) eine elastische Stützvorrichtung aufweist, die das Potentiometer (14) bei geöffneter Form derart abstützt, daß die Anschlußfahnen (32) von den Absperrorganen (70) abgehoben sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffswelle (68) in wenigstens zwei vorgegebenen Winkelstellungen in Bezug auf die Formhälften (50, 52) arretierbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, ge­ kennzeichnet, durch einen Schrittmotor zum Antrieb der Teile der Aufnahmevorrichtung (58, 64), ein Meßgerät zur Messung der an dem elektrischen Potentiometer (14) ein­ gestellten elektrischen Stellgröße und eine Steuerein­ richtung zur Steuerung des Stellmotors und ggf. eines Stellglieds zur Winkelverstellung der Eingriffswelle (68) sowie des Schließmechanismus für die Form in Ab­ hängigkeit von den Meßergebnissen.