DE3632739A1 - Magnetisch betaetigbares potentiometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein magnetisch betätigbares Poten­ tiometer, insbesondere zum Messen eines Flüssigkeitsstan­ des, mit einer geraden Trägerleiste aus Isoliermaterial, mit mehreren Schutzgasschaltern, die einander gleichen und jeweils aus einem in ein langgestrecktes Röhrchen mit An­ schlußdrähten an seinen beiden Enden eingeschmolzenen, mag­ netisch betätigbaren Schalter bestehen und die auf der Vor­ derseite der Trägerleiste achsparallel zueinander und unter einem Winkel zur Längsachse der Trägerleiste einander über­ lappend aufgereiht sind, mit einer Kette aus mehreren Wider­ ständen, die einander äußerlich gleichen und jeweils aus einem langgestreckten Widerstandskörper mit Anschlußdrähten an beiden Enden bestehen und die auf der Trägerleiste auf­ reiht und kürzer als die Röhrchen sind, und mit auf die Rückseite der Trägerleiste aufgebrachten Leiterbahnen, mit denen die Enden der Anschlußdrähte verlötet sind, die abge­ winkelt durch Löcher in der Trägerleiste hindurchgesteckt sind.

Bei Potentiometern dieser Art bilden die Widerstände eine Reihenschaltung, die zwischen jedem Widerstand von einem magnetisch betätigten Schaltkontakt abgegriffen wird. Der Widerstandswert des Abgriffes dient als Meßwert für die Stel­ lung oder den zurückgelegten Weg eines permanentmagnetischen Stellgliedes, das bei der Messung eines Flüssigkeitsstandes von einem Schwimmer getragen wird. Um eine möglichst fein­ stufige Messung zu erzielen, ist man bestrebt, den Abstand der Schaltkontakte in der Bewegungsrichtung des magneti­ schen Stellgliedes, d.h. der Richtung der Längsachse der Trä­ gerleiste möglichst klein zu halten. Bei bekannten Potentio­ metern sind deshalb die Röhrchen der Schutzgasschalter in einem Winkel zur Längsachse der Trägerleiste und einander überlappend angeordnet.

Bei Potentiometern zur Anzeige eines Flüssigkeitsstands (DE-OS 27 58 379) ist es üblich, die Trägerleiste in einem geschlossenen Rohr aus nicht magnetisierbarem Material un­ terzubringen, das in die Flüssigkeit eingetaucht wird und als Führungsrohr für einen ringförmigen, permanentmagneti­ schen Schwimmer dient. Hierbei ist man bestrebt, den Quer­ schnitt der Trägerleiste möglichst klein zu halten, damit diese auch bei beengten Raumverhältnissen in einem engen Rohr Platz findet.

Ein Kompromiß zwischen diesen beiden gegensätzlichen Forde­ rungen einem möglichst engen Querschnitt und einer mög­ lichst feinstufigen Meßwertausgabe wird bei dem bekannten Potentiometer dadurch zu erreichen versucht, daß die Röhr­ chen achsparallel zur Trägerleistenlängsachse in mehreren Reihen und innerhalb der einzelnen Reihen koaxial mit Zwi­ schenraum dazwischen und von Reihe zu Reihe dicht nebenein­ ander und in Achsrichtung versetzt zueinander vollständig innerhalb der Grundrißkontur der Trägerleiste angeordnet sind, wobei sich die Widerstände auf der Rückseite der Trä­ gerleiste befinden. Diese bekannte Ausbildung des Potentio­ meters hat den Nachteil, daß beide Oberflächen der Trä­ gerleiste mit elektrischen Bauelementen bestückt sind, so daß die Anschlußdrähte der Bauelemente nur in Einzellötung mit den Leiterbahnen verlötet werden können. Die Herstel­ lung des bekannten Potentiometers ist daher sehr aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Potentiometer der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, das bei feinstufiger Meß­ wertausgabe und geringen Querschnittsabmessungen eine sehr einfache Herstellung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Widerstände auf der Vorderseite der Trägerleiste koaxial in einer Reihe parallel zur Längsachse der Trägerleiste ange­ ordnet sind, daß die Röhrchen in Längsrichtung den gleichen Mittenabstand haben wie die Widerstände und jeweils ein Widerstandskörper einem Röhrchen auf gleicher Höhe benach­ bart ist und daß die an die Widerstandskette angeschlosse­ nen Enden der Anschlußdrähte der Schutzgasschalter jeweils in dem sich durch die Schrägstellung der Röhrchen ergeben­ den Zwickel zwischen dem nächsten Röhrchen und dem nächsten Widerstand in ein Loch in der Trägerleiste greifen.

Das erfindungsgemäße Potentiometer hat den Vorteil, daß die Trägerleiste nur auf einer Seite mit elektrischen Bauele­ menten, wie Schutzgasschaltern und Widerständen bestückt ist, so daß die Anschlußdrähte der Bauelemente auf der Rück­ seite der Trägerleiste durch besonders einfache Verfahren, beispielsweise durch Schwallöten mit den Leiterbahnen ver­ lötet werden können. Die bei bekannten Trägerleisten erfor­ derliche Einzellötung der Anschlußdrähte entfällt. Weiter­ hin kann die erfindungsgemäße Trägerleiste automatisch mit den elektrischen Bauelementen bestückt werden. Die Schutz­ gasschalter und die Widerstände sind dabei sehr raumsparend angeordnet, so daß die Trägerleiste bei der erforderlichen Feinstufigkeit der Messung sehr schmal ausgeführt werden kann.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Potentiometer der Abstand der abgebogenen Enden der beiden Anschlußdrähte der einzelnen Schutzgasschalter wenigstens etwa doppelt so groß, wie der Abstand der beiden Enden der Anschlußdrähte der ein­ zelnen Widerstände. Hierdurch wird eine verhältnismäßig große Länge der Anschlußdrähte der Schutzgasschalter er­ zielt, wodurch die Aufnahme des Magnetflusses begünstigt und die Schaltgenauigkeit erhöht wird.

Eine günstige Verteilung der Lötstellen und eine vorteil­ hafte Anordnung der Leiterbahn wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung dadurch erreicht, daß jeweils zwei Löcher für je einen Anschlußdraht zweier benachbarter Wider­ stände durch eine Leiterbahn auf der Rückseite der Träger­ leiste mit dem Loch für einen Anschlußdraht eines Schutz­ gasschalters verbunden sind und daß die Löcher für die an­ deren Anschlußdrähte der Schutzgasschalter in eine gemein­ same zur Trägerleistenlängsachse parallele Leiterbahn mün­ den. Der sich dabei ergebende Abstand der einzelnen Löt­ stellen ist ausreichend groß, um ein defektes elektrisches Bauelement ohne Beeinträchtigung der Nachbarlötstellen aus­ tauschen zu können. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Po­ tentiometers wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfin­ dung dadurch erreicht, daß auf der Vorderseite der Träger­ leiste bezogen auf ihre Längsachse symmetrisch zu den Wi­ derständen der Widerstandskette eine zweite Reihe von Widerständen angeordnet ist, deren Widerstandskörper ein­ ander gleichen, wobei jeweils in dem Zwickel zwischen einem dieser Widerstandskörper und dem benachbarten Röhr­ chen der Anschlußdraht des jeweils nächsten Schutzgas­ schalters in ein Loch in der Trägerleiste eingreift. Ob­ wohl bei dieser Weiterbildung die Breite der Trägerleiste nur geringfügig größer ist, als bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung des Potentiometers, läßt sich durch die er­ findungsgemäße Anordnung die doppelte Anzahl von Widerstän­ den unterbringen. Neben der durch die Schutzgasschalter ab­ greifbaren Widerstandskette kann somit ohne nennenswerten zusätzlichen Platzbedarf noch eine zweite Reihe von Wider­ ständen vorgesehen sein, von denen jeweils ein Widerstand mit einem Schutzgasschalter in Reihe geschaltet wird, um eine besondere Meßcharakteristik mit feinerer Auflösung zu erzielen. Dabei ist vorteilhaft jeweils ein Anschlußdraht eines Widerstands in der zweiten Reihe und der in dem Zwic­ kel neben dem Widerstand liegende Anschlußdraht eines Schutz­ gasschalters mit einer kurzen Leiterbahn auf der Rückseite der Trägerleiste verlötet und die anderen Anschlußdrähte der Widerstände der zweiten Reihe sind mit einem kurzen, quer zur Längsachse der Trägerleiste verlaufenden Steg einer weiteren Leiterbahn verlötet, die sich in der Mitte zwischen den Löchern für die Anschlußdrähte über die Länge der Trägerleiste erstreckt.

Weiter Merkmale und Vorteile Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungs­ gemäßen Potentiometers zur Anzeige des Füllstands in einem Behälter und

Fig. 2 einen Abschnitt einer bestückten Trägerleiste eines erfindungsgemäßen Potentiometers.

Fig. 1 zeigt einen etwa zur Hälfte mit Flüssigkeit gefüllten Behälter 1 mit einem Deckel 2, der eine Verschraubung 3 ei­ ner Füllstands-Anzeigevorrichtung 4 trägt. An der Verschrau­ bung 3 ist ein zum Innenraum des Behälters 1 hin verschlos­ senes Rohr 5 aus einem antimagnetischen Material befestigt, das bis zum Behälterboden reicht und eine Führung für einen auf das Rohr 5 aufgesteckten ringförmigen Schwimmer 6 bil­ det, in dem ein ringförmiger Permenentmagnet 7 unterge­ bracht ist. Im Innern des Rohres 5 befindet sich ein durch den Permanentmagneten 7 berührungslos betätigbares Poten­ tiometer 8, das mit seinem elektrischen Schaltplan in Fig. 1 wiedergegeben ist. Die bauliche Ausgestaltung des Potentiometers 8 ergibt sich aus Fig. 2.

Das Potentiometer 8 besteht aus einer flachen Trägerleiste aus einem isolierenden Material vorzugsweise Kunststoff, die auf ihrer in der Zeichnung nach oben weisenden Vorder­ seite eine Vielzahl von Schutzgasschaltern 10 und Wider­ ständen 11, 12 trägt. Die Schutzgasschalter 10 sind in der Mitte der Trägerleiste 9 in regelmäßigem Abstand und unter einem Winkel zur Trägerleistenlängsachse angeordnet. Sie bestehen jeweils aus einem zylindrischen Glasröhrchen, in das zwei Anschlußdrähte 13, 14 eingeschmolzen sind, die im Innern des Glasröhrchens einen magnetisch betätigbaren Schalter bilden.Die Widerstände 11 sind koaxial zueinander in einer Reihe parallel zur Längsachse der Trägerleiste 9 neben den Schutzgasschaltern 10 derart angeordnet, daß, die Endbereiche der Trägerleiste 9 ausgenommen, jedem Glasröhrchen ein Widerstandskörper benachbart ist. Die Widerstände 12 sind symmetrisch zu den Widerständen 11 auf der anderen Seite der Schutzgasschalter 10 auf der Trä­ gerleiste 9 angeordnet. Da die Röhrchen der Schutzgasschal­ ter 10 schräg, die Widerstandskörper hingegen parallel zur Längsachse der Trägerleiste 9 ausgerichtet sind, ergibt sich auf beiden Seiten der Röhrchen ein spitzwinkeliger, freier Zwickel, in den jeweils ein Anschlußdraht 13, 14 der beiden benachbarten Röhrchen eingreift. Die Enden der An­ schlußdrähte 13, 14 sind abgebogen und jeweils durch ein Loch in der Trägerleiste im Bereich eines Zwickels gesteckt. Die Anschlußdrähte 15, 16 der Widerstände 11, 12 sind eben­ falls abgebogen und durch Löcher in der Trägerleiste 9 ge­ steckt.

Um die Anschlußdrähte 13, 14 der Schutzgasschalter 10 und die Anschlußdrähte 15, 16 der Widerstände 11, 12 in der er­ forderlichen Weise miteinander zu verbinden, ist auf der Rückseite der Trägerleiste 9 ein Netz aus Leiterbahnen 17, 18, 19 aufgebracht. In Fig. 2 sind die Umrißlinien der Leiterbahnen 17, 18, 19 sichtbar dargestellt, um ihre Zu­ ordnung zu den Schutzgasschaltern 10 und den Widerständen 11, 12 zeigen zu können. Die Leiterbahnen 17 verbinden je­ weils 2 benachbarte Anschlußdrähte 15 zweier Widerstände 11 mit dem Anschlußdraht 14 eines Schutzgasschalters 10. Die Widerstände 11 bilden hierdurch eine Widerstandskette, die jeweils zwischen zwei Widerständen 11 mit Hilfe eines Schutzgasschalters 10 abgreifbar ist. Die Anschlußdrähte 13 der Schutzgasschalter 10 sind jeweils über eine Leiterbahn 18 mit einem Anschlußdraht 16 eines Widerstands 12 verbun­ den, dessen anderer Anschlußdraht 16 an die durchgehende Leiterbahn 19 angeschlossen ist. Die Schutzgasschalter 10 und die Widerstände 12 sind somit parallel zueinander an die Leiterbahn 19 angeschlossen wie der Schaltplan gemäß Fig. 1 zeigt. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Enden der Anschlußdrähte 13 bis 16 und den Leiterbah­ nen 17, 18, 19 wird in üblicher Weise durch Verlöten bei­ spielsweise nach dem einfachen Schwallötverfahren erzielt.

Das Potentiometer 8 wird wie in Fig. 1 gezeigt an eine Spannungsquelle 20 und ein Anzeigeinstrument 21 angeschlos­ sen. Die beiden Pole der Spannungsquelle 20 sind durch Lei­ ter 22, 23 mit den Enden der aus den Widerständen 11 gebil­ deten Widerstandsketten 24 verbunden. Parallel dazu ist das Anzeigeinstrument durch einen Leiter 25 mit der durchgehenden Leiterbahn 19 und einen Leiter 26 mit dem Minuspol der Spannungs­ quelle verbunden. Das Anzeigeinstrument 21 zeigt somit die jeweils durch Schließen der im Magnetfeld liegenden Schutz­ gasschalter an der Widerstandskette abgegriffene Spannung an, die mit steigendem Flüssigkeitsstand zunimmt.

Die Breite des ringförmigen Permanentmagneten 7 ist so be­ messen, daß durch das Megnetfeld je nach Stellung des Schwimmers entweder zwei oder drei Schutzgasschalter gleich­ zeitig geschlossen werden. Hierdurch ergibt sich ein Schaltsprung, der dem halben Mittenabstand der Schutzgas­ schalter entspricht. Die Größe der Widerstände 11 und 12 sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß wenn zwei benach­ barte Schutzgasschalter 10 geschlossen sind, die von dem Anzeigeinstrument 21 erfaßte Spannung dem Wert in der Mitte zwischen den beiden Schutzgasschaltern entspricht. Wird durch eine Bewegung des Schwimmers zusätzlich ein dritter Schutzgasschalter 10 geschlossen, so wandert die angezeig­ te Spannung auf den Wert des mittleren Schalters. Die an­ gezeigten Spannungsstufen entsprechen somit dem halben Mit­ tenabstand der Schutzgasschalter 10.

Wie das besschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, sind die Schutzgasschalter 10 und die Widerstände 11, 12 sehr platz­ sparend auf der Oberseite der Trägerleiste 9 angeordnet, so daß bei den vorgegebenen Abmessungen der Schutzgasschalter und der Widerstände eine sehr geringe Breite der Träger­ leiste erreicht wird. Sämtliche Lötstellen sind durch die gewählte Anordnung von der Unterseite der Trägerleiste zu­ gänglich und ermöglichen dadurch die Anwendung automati­ scher Lötverfahren. Auch die Montage der Schutzgasschalter und Widerstände kann automatisch vorgenommen werden. Das beschriebene Potentiometer läßt sich daher auch in großen Stückzahlen einfach und schnell herstellen.

Claims (5)

1. Magnetisch betätigbares Potentiometer, insbesondere zum Messen eines Flüssigkeitsstandes, mit einer geraden Trä­ gerleiste aus Isoliermaterial, mit mehreren Schutzgas­ schaltern, die einander gleichen und jeweils aus einem in ein langgestrecktes Röhrchen mit Anschlußdrähten an seinen beiden Enden eingeschmolzenen, magnetisch betätigbaren Schalter bestehen und die auf der Vorderseite der Trä­ gerleiste achsparallel zueinander und unter einem Win­ kel zur Längsachse der Trägerleiste einander überlappend aufgereiht sind, mit einer Kette aus mehreren Widerstän­ den, die einander äußerlich gleichen und jeweils aus ei­ nem langgestreckten Widerstandskörper mit Anschlußdräh­ ten an beiden Enden bestehen und die auf der Trägerlei­ ste aufgereiht und kürzer als die Röhrchen sind, und mit auf die Rückseite der Trägerleiste aufgebrachten Leiterbahnen, mit denen die Enden der Anschlußdrähte ver­ lötet sind, die abgewinkelt durch Löcher in der Träger­ leiste hindurchgesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (11) auf der Vorderseite der Trägerleiste (9) koaxial in einer Reihe parallel zur Längsachse der Trägerleiste (9) angeordnet sind, daß die Röhrchen (10) in Längsrichtung den gleichen Mittenabstand haben wie die Widerstände (11) und jeweils ein Widerstandskörper (11) einem Röhrchen (10) auf gleicher Höhe benachbart ist und daß die an die Widerstände (11) angeschlossenen En­ den der Anschlußdrähte (14) der Schutzgasschalter (10) jeweils in dem sich durch die Schrägstellung der Röhr­ chen ergebenden Zwickel zwischen dem nächsten Röhrchen und dem nächsten Widerstand ein Loch in der Trägerleiste (9) durchgreifen.

2. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der abgebogenen Enden der beiden An­ schlußdrähte (13, 14) der einzelnen Schutzgasschalter (10) wenigstens etwa doppelt so groß ist wie der Abstand der beiden Enden der Anschlußdrähte (15) der einzelnen Widerstände.

3. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Löcher für je ei­ nen Anschlußdraht (15) zweier benachbarter Widerstände (11) durch eine Leiterbahn (17) auf der Rückseite der Trägerleiste (9) mit dem Loch für einen Anschlußdraht (14) eines Schutzgasschalters (10) verbunden sind und daß die Löcher für die anderen Anschlußdrähte (13) der Schutzgasschalter (10) in eine gemeinsame zur Längs­ achse der Trägerleiste parallele Leiterbahn (19) münden.

4. Potentiometer nach einem vorhergehenden Anspruch, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der Vorderseite der Trä­ gerleiste (9) bezogen auf ihre Längsachse symmetrisch zu den Widerständen (11) der Widerstandskette eine zwei­ te Reihe von Widerständen (12) angeordnet ist, deren Widerstandskörper einander gleichen, wobei jeweils in dem Zwickel zwischen einem dieser Widerstandskörper (12) und dem benachbarten Röhrchen (10) der Anschlußdraht (13) des jeweils nächsten Schutzgasschalters in ein Loch in der Trägerleiste (9) eingreift.

5. Potentiometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Anschlußdraht (16) eines Widerstands (12) in der zweiten Reihe und der in dem Zwickel neben dem Widerstand (12) liegende Anschlußdraht (13) eines Schutzgasschalters (10) mit einer kurzen Leiterbahn (18) auf der Rückseite der Trägerleiste (9) verlötet ist und daß die anderen Anschlußdrähte (16) der Widerstände (12) mit einem kurzen, quer zur Längsachse der Trägerleiste (9) verlaufenden Steg einer weiteren Leiterbahn (19) verlötet sind, die sich in der Mitte zwischen den Löchern für die Anschlußdrähte (13, 14) der Schutzgasschalter (10) über die ganze Länge der Trägerleiste (9) auf ihrer Rückseite erstreckt.