DE3714348C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Potentiometer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die US-PS 31 38 777 zeigt ein Linearpotentiometer mit einem Gehäuse und einem Gehäusedeckel, die teleskopartig gegeneinander verschiebbar sind. Der das Gehäuse außen übergreifende Gehäusedeckel ist mittels eines zusätzlich vorgesehenen Gleitlagers an der Außenseite des Gehäuses geführt. Am Gehäuse ist ein Flansch angebracht, mit dem das Potentiometer an einem Gegenstand befestigt werden kann. Weiterhin besitzt das Potentiometer die übliche Widerstandsplatte mit Widerstandsbahnen und elektrischen Anschlußdrähten, die hier fest mit dem Gehäuse verbunden sind. Ein Federträger mit Schleifkontakten, die längs der Widerstandsbahn gleiten können, ist hier fest mit dem Gehäusedeckel verbunden, und zwar mittels eines Schiebers, der die Stirnwand des Gehäusedeckels durchdringt und von außen her zugänglich ist.

Zur wasserdichten Abdichtung des Potentiometers sind das Gehäuse und der Gehäusedeckel durch eine balgartige, flexible Dichtung miteinander verbunden, die das Gleitlager zwischen Gehäusedeckel und Gehäuse vollständig gegen Eindringen von Wasser schützt.

Für das Problem der Schwingungsdämpfung gibt jedoch diese Druckschrift keine Lösungsansätze. Flanscht man dieses Potentiometer an einem schwingenden Gegenstand an, so wird die Widerstandsplatte unmittelbar selbst in Schwingungen geraten. Auch wird der Federträger, der über einen Kunststoffblock (17) und die Innenwand des Gehäuses fest im Gehäuse geführt ist, ebenfalls in Schwingungen geraten, so daß es hierdurch in kurzer Zeit zu einem Ausfall des Widerstandes kommen wird.

Auch ist hervorzuheben, daß der Gehäusedeckel nur in der Betätigungsrichtung, d. h. linear gegenüber dem Gehäuse verschiebbar ist, ansonsten jedoch über das Gleitlager (22) schwingungsmäßig fest mit dem Gehäuse gekoppelt ist, so daß bei einem Anflanschen des Potentiometers an einem schwingenden Gegenstand alle Schwingungen auch auf das Außengehäuse übertragen werden.

Die US-PS 40 53 865 zeigt ein Linearpotentiometer, bei dem ein Schieber federelastisch mit dem Federträger gekoppelt ist. Der Federträger hat hierzu eine Bohrung, in die ein Ansatz des Schiebers eingreift, wobei der Durchmesser der Bohrung größer ist als der Durchmesser des Ansatzes. Durch einen elastischen O-Ring und eine Scheibe, die von dem O-Ring gegen einen Anschlag gedrückt wird, erreicht man eine Kopplung zwischen Federträger und Schieber, die Ausfluchtfehler innerhalb gewisser Grenzen ausgleichen kann. Hierzu ist natürlich Voraussetzung, daß ein stirnseitiger Gehäusedeckel, durch den der Schieber hindurchragt, ein ausreichendes Spiel für Bewegungen des Schiebers zuläßt. Zur Lösung des Schwingungsproblemes trägt jedoch diese Druckschrift ebenfalls nichts bei, da bei einem Einbau des Potentiometers keine schwingungsmäßige Entkopplung zwischen dem Potentiometer und dessen Verschleißteilen vorhanden ist.

Potentiometer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 werden u.a. auch als Meßwandler bzw. Meßfühler in Steuerungen oder Regelungen eingesetzt, bei denen die Stellung eines beweglichen Organes abgetastet wird und das Potentiometer dann ein dieser Stellung propor­ tionales elektrisches Ausgangssignal abgibt. Beispielsweise kann ein solches Potentiometer die Stellung einer Drossel­ klappe an einer Verbrennungskraftmaschine abtasten.

In solchen Fällen ist das Potentiometer an einem anderen Gegenstand befestigt, also beispielsweise unmittelbar am Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine. Hierdurch macht das Potentiometer aber auch alle Bewegungen und insbe­ sondere Schwingungen dieses anderen Gegenstandes mit. Bei Dieselmotoren wurde beispielsweise festgestellt, daß ein unmittelbar am Motorblock angeflanschtes Potentiometer Beschleunigungen bis zu 300 g (g = Erdbeschleunigung) ausgesetzt ist. Diese Beschleunigungen führen aufgrund der Masseträgheit der relativ zueinander beweglichen Teile des Potentiometers und insbesondere der Masseträgheit des Schleifers dazu, daß der Schleifer gegenüber der Wider­ standsbahn auf der Widerstandsplatte schwingt, was zu einem Abrieb der Widerstandsschicht führt. Bei Versuchen mit herkömmlichen Potentiometern, die an einem Dieselmotor angeflanscht waren, war die Widerstandsschicht innerhalb von 3 bis 4 Stunden durchgerieben. Das Potentiometer war dann nicht mehr brauchbar.

Zur Lösung dieses Problemes hat man bereits versucht, das gesamte Potentiometer gegenüber dem Motorblock gedämpft zu lagern, beispielsweise indem man es über Gummipuffer am Motorblock angeschraubt hat. Gleichwohl führte dies nicht zu der gewünschten Lebensdauerverlängerung und war teil­ weise auch recht aufwendig. Auch war das Justieren des Potentiometers aufwendig, da das Festziehen der Befesti­ gungsschrauben zwangsläufig die Gummipuffer verformt und damit die relative Lage zwischen Potentiometer und dem Motorblock ändert, was ein Dejustieren bedingt; mit anderen Worten hängt dann das elektrische Ausgangssignal des Potentiometers von der Anzugskraft der Befestigungsschrau­ ben ab. Auch ist dabei die Abdichtung des Motorblocks gegenüber dem Potentiometer problematisch.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher das Poten­ tiometer der eingangs genannten Art dahingehend zu verbes­ sern, daß es eine deutlich verlängerte Lebensdauer hat, wenn es an mechanisch schwingenden Gegenständen befestigt und damit hohen Beschleunigungen ausgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patent­ anspruches angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Aus­ gestaltung und Weiterbildung der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.

Grundgedanke der Erfindung ist es, nicht mehr das gesamte Potentiometer schwingungsmäßig von dem anderen Gegenstand (z.B. Motorblock) zu entkoppeln, sondern nur noch gewisse Teile. Es handelt sich hierbei um diejenigen Teile, die einem Verschleiß unterworfen sind. Da das Außengehäuse fest mit dem anderen Gegenstand verbunden ist, ist die räumliche Lage zwischen Potentiometer und dem anderen Gegenstand eindeutig festgelegt, so daß ein Justieren weitestgehend entfallen kann und Einbaufehler vermieden werden. Bei der Eingangs beschriebenen Befestigung des Potentiometers am Motorblock mittels Gummipuffer führt ja ein Anziehen der Befestigungsschrauben gegen die Kraft der Gummipuffer auch zu einer Veränderung der räumlichen Lage zwischen Poten­ tiometer und Motorblock und damit zu einer unterschied­ lichen Justierung.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 erhält man jeweils Verbesserungen des Dämpfungsverhaltens, wobei Silikon das derzeit beste Dämpfungsverhalten bringt.

Mit Anspruch 5 erhält man eine weitere Verbesserung des Dämpfungsverhaltens sowie auch eine gute Möglichkeit, Innen- und Außengehäuse präzise gegeneinander auszurichten, was mit den Merkmalen des Anspruchs 6 noch weiter verbes­ sert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt des Potentiometers;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie C-D der Fig. 1;

Fig. 3 einen um 90° gegenüber der Schnittebene der Fig. 1 gedrehten Längsschnitt des Potentiometers (Schnitt längs der Linie A-B der Fig. 1);

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie E-H der Fig. 3 und

Fig. 5 einen Querschnitt eines Profiles der verwendeten federelastischen Dämpfungselemente.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt es sich um ein sogenanntes Linear-Potentiometer, bei dem das (von außen betätigbare) Betätigungsorgan geradlinig bzw. linear verschoben wird. Dem Fachmann ist klar, daß die Erfindung in gleicher Weise auch bei Drehpotentiometern und Spindel­ potentiometern anwendbar ist.

Das Potentiometer besitzt ein Außengehäuse 10, das im wesentlichen zylindrisch ist und einen etwa in seiner Mitte radial abstehenden Flansch 11 aufweist, der in Axialrich­ tung verlaufende Durchgangslöcher 12 mit eingespritzter Metallbuchse 13 aufweist. Mittels dieser Durchgangslöcher 12 kann das Außengehäuse 10 an einem anderen Gegenstand festgeschraubt werden.

In Axialrichtung ist das Außengehäuse 10 einseitig offen und wird an der offenen Seite durch einen einschnappbaren Deckel 14 verschlossen, indem dieser Deckel hinter eine Rastnase 16 eingeschnappt wird. An der geschlossenen Seite befindet sich ein einstückig mit dem Außengehäuse 10 ver­ bundener Gehäuseboden 15.

Weiterhin besitzt das Außengehäuse 10 - wie am besten aus den Fig. 3 und 4 erkennbar ist - eine radial abstehende Steckerbuchse 18 mit drei Flachsteckern 19, die in der Steckerbuchse im Abstand zueinander gehalten sind, bei­ spielsweise dort eingespritzt sind, wenn das Gehäuse und die Steckerbuchse ein Kunststoff-Spritzgußteil sind.

Die Innenwandung des Außengehäuses ist - mit Ausnahme des Bereiches, an den die Steckerbuchse 19 anschließt - zylin­ drisch. In das Außengehäuse 10 ist ein Innengehäuse 20 eingesetzt, das koaxial zum Außengehäuse 10 verläuft und dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Außengehäuses 10, so daß zwischen den beiden Gehäusen 10 und 20 ein kreisringförmiger Zwischenraum 21 vorhanden ist. Dieser Zwischenraum ermöglicht eine gewisse relative Verschiebung zwischen Innen- und Außengehäuse in radialer, also senkrecht zur Längsachse des Potentiometers verlau­ fender Richtung. Das Innengehäuse 20 ist an seiner einen Stirnseite, die im folgenden Betätigungsseite genannt wird, mit einem im wesentlichen zylindrisch verlaufenden Lager­ flansch 22 einstückig verbunden, wobei in diesen Lager­ flansch eine Gleitlagerbuchse 23 eingepreßt oder einge­ spritzt ist.

Die der Betätigungsseite des Innengehäuses 20 gegenüber­ liegende Seite ist durch einen einsetzbaren Deckel 24 verschlossen. Die in axialer Richtung nach außen weisende Fläche dieses Deckels 24 ist in einem Abstand zur nach innen weisenden Fläche des Gehäusebodens 15 angeordnet, so daß das Innengehäuse 20 gegenüber dem Außengehäuse 20 auch in axialer Richtung relativ verschoben werden kann. In entsprechender Weise ist auch an der Betätigungsseite zwischen dem Deckel 14 des Außengehäuses und einem Verbin­ dungssteg 25, der den zylindrischen Teil des Innengehäuses mit dem Lagerflansch 22 verbindet, ein entsprechender axialer Abstand 26 vorhanden. Im Bereich der beiden Stirn­ seiten des Innengehäuses ist nun jeweils ein federela­ stisches Dämpfungselement 27 bzw. 27′ vorgesehen, das im dargestellten Ausführungsbeispiel ein O-Ring ist, der das Innengehäuse 20 gegenüber dem Außengehäuse 10 hält. Um in axialer und in radialer Richtung eine eindeutige Fixierung zu erhalten, hat das Innengehäuse 20 an dem Verbindungssteg 25 eine rechtwinklige Stufe 28 (Fig. 1), so daß der O-Ring 27 sowohl an einer radial nach außen weisenden Fläche als auch an einer hierzu rechtwinkligen in Axialrichtung weisenden Fläche anliegt. In gleicher Weise hat der Deckel 24 eine Stufe 29, deren in Axialrichtung weisende Fläche gerade bündig mit der Stirnseite des Innengehäuses 20 abschließt. Damit liegt der O-Ring 27′ dort ebenfalls an zwei rechtwinklig zueinander liegenden Flächen von Deckel 24 bzw. Außengehäuse 20 an. Weiterhin liegt der O-Ring 27 an der Betätigungsseite einerseits an der radial nach innen weisenden Wand des Außengehäuses 10 und an der in Axial­ richtung weisenden Fläche des Deckels 14, so daß auch das Außengehäuse 20 (einschließlich Deckel 14) rechtwinklig zueinander stehende Berührungsflächen mit dem O-Ring 27 aufweist. Gleiches gilt schließlich auch für den O-Ring 27′, der an der radial nach innen weisenden Fläche des Außengehäuses 10 als auch der axial nach innen weisenden Fläche des Gehäusebodens 15 anliegt.

Die beiden federelastischen Dämpfungselemente 27 und 27′ fixieren einerseits das Innengehäuse 20 im Außengehäuse 10 und ermöglichen andererseits aufgrund ihrer federela­ stischen Eigenschaften eine gewisse Relativverschiebung zwischen Innen- und Außengehäuse, wobei sie aufgrund ihrer Materialeigenschaften Schwingungen bzw. Stöße, die auf das Außengehäuse wirken, stark dämpfen, so daß das Innengehäuse von solchen Schwingungen oder Stößen nur noch sehr schwach beeinflußt wird.

Da die federelastischen Dämpfungselemente in Axialrichtung des Innengehäuses auch den größtmöglichen Abstand vonein­ ander haben, erhält man auch eine größtmögliche Einspann­ länge und damit eine bestmögliche Schwingungsdämpfung des Innengehäuses.

Im Innengehäuse ist ein Betätigungsorgan 30 gelagert, das hier aus einem Schieber 31 und einem Federträger 32 be­ steht. Der Schieber ist hier als zylindrisches Bauteil ausgebildet und in der Gleitlagerbuchse 23 geführt. Der Federträger 32 ist an dem einem Ende des Schiebers be­ festigt. Er trägt eine oder mehrere Schleiferfedern 33, die mit ihrem freien Ende auf vorbestimmten Bahnen einer Wider­ standsplatte 40 in Berührung stehen und bei Verschieben des Federträgers längs diesen Bahnen gleiten. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist der Federträger mittels Druckfedern 34 in einer Richtung vorgespannt. Diese Druckfedern sind einerseits am Innengehäuse bzw. hier konkret an einem Zapfen 35′ am Deckel 24 des Innengehäuses abgestützt und andererseits am Federträger, wo sie in Zapfen 35 geführt sind. Wie am besten aus Fig. 2 zu erkennen, ist der Feder­ träger 32 im Innengehäuse 20 auch verdrehsicher geführt, und zwar in parallel zur Axialrichtung verlaufenden Nuten 36, in welchen seitlich auskragende Arme 37 des Federträgers 32 geführt sind, wobei in diesen Nuten auch die Druckfedern 34 geführt sind.

Im Innengehäuse 20 ist auch die bereits erwähnte Wider­ standsplatte 40 befestigt, die hier Widerstandsbahnen 41 trägt, längs denen die Schleiferfeder 33 gleiten kann. Diese Widerstandsbahnen stehen mit ebenfalls an der Wider­ standsplatte 40 befestigten Anschlußfahnen 42 in Verbin­ dung, die hier als Kontaktfedern ausgebildet sind, da sie nur mit Federkraft gegen die Enden der Widerstandsbahnen gedrückt sind.

Wie in Fig. 3 dargestellt, sind diese Anschlußfahnen 42 durch die Widerstandsplatte 40 hindurchgesteckt und dann umgebogen, so daß sie mit einem Abschnitt parallel zur Widerstandsplatte verlaufen. An ihrem Ende sind sie dann wieder im wesentlichen rechtwinklig von der Widerstands­ platte abgebogen und zu einer Klemme 43 ausgebildet. Die notwendige elektrische Verbindung zwischen der Anschluß­ fahne 42 und dem zugeordneten Flachstecker 19 erfolgt über eine flexible Litze 44, die S-förmig verlegt ist. Zur guten elektrischen Verbindung ist die Litze 44 an der Anschluß­ fahne 42 und an dem Flachstecker 19 an Lötstellen 45 und 46 angelötet. Da angelötete Litzen am Übergangsbereich zur Lötstelle mechanisch nicht sehr stark belastbar sind und insbesondere bei mechanischen Schwingungen leicht brechen, ist die Litze 44 im Bereich ihrer beiden Enden jeweils noch mechanisch festgeklemmt, und zwar einerseits durch die Klemme 43 an der Anschlußfahne 42 und andererseits durch eine weitere Klemme 47 an der Steckerbuchse 18. Die Stecker­ buchse 18 ist ja starr mit dem Außengehäuse 10 verbunden, während die Widerstandsplatte 40 und damit die Anschluß­ fahne 42 starr mit dem Innengehäuse 20 verbunden ist, so daß die Litze 44 zwischen den beiden relativ zueinander schwingenden bzw. sich bewegenden Gehäusen 10 und 20 liegt. Sie darf einerseits natürlich keine mechanische Schwin­ gungskopplung bilden, was durch ihre mechanische Flexibi­ lität und ihre Verlegung in einer S-Form erreicht wird. Sie muß andererseits aber an ihren beiden Enden natürlich mit dem jeweilig zugeordneten Bauteil möglichst fest verbunden sein, damit das Potentiometer nicht durch Bruch der Litze ausfällt.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind kurz zusam­ mengefaßt das Innengehäuse 20 und alle im Innengehäuse angeordneten Funktionsbauteile wie Widerstandsplatte 40, Schleiferträger 32 und Schieber 31 schwingungsmäßig vom Außengehäuse 10 entkoppelt. Beim Einbau des Potentiometers an einem anderen Gegenstand, wie z.B. an einem Motorblock, muß natürlich darauf geachtet werden, daß nicht die Schwin­ gungen des Motorblocks über das Betätigungsorgan und hier insbesondere den Schieber 31 wieder auf das Innengehäuse und die dort befindlichen Teile eingekoppelt werden. Hierzu muß die Ankopplung bzw. Verbindung zwischen dem Schieber 31 und einem Teil dieses anderen Gegenstandes ebenfalls schwin­ gungsmäßig entkoppelt vorgenommen werden. Hierfür kann man beispielsweise eine magnetische Koppelung vorsehen, die zumindest hochfrequente Schwingungen bzw. Bewegungen mit starker Beschleunigung oder mit starker Änderung der Be­ schleunigung (Ruck) nur gedämpft auf den Schieber 31 über­ trägt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel soll der Schieber 31 durch seine axiale Lage die Stellung eines Bauteiles abtasten. Wenn dieses Bauteil seinerseits eine Stange ist, so ist es für eine ordnungsgemäße Verbindung ausreichend, wenn die Enden des Schiebers 31 und der Stange einander berühren, in radialer Richtung (bezogen auf die Achse des Schiebers 31) jedoch verschoben werden können. Bereits hierdurch erhält man eine schwingungsmäßige Entkopplung in radialer Richtung. Weiterhin wird man dafür sorgen, daß die erwähnte Stange ihrerseits schwingungsgedämpft gelagert ist.

Eine noch bessere schwingungsmäßige Entkopplung zwischen Innen- und Außengehäuse bzw. eine noch bessere Dämpfung erhält man, wenn man anstelle der O-Ringe 27 bzw. 27′ Gummi- und insbesondere Silikon-Ringe verwendet, die die Querschnittsform der Fig. 5 aufweisen, nämlich die Form eines Quadrates mit kreisförmig abgerundeten Ecken 50 und konkav (nach innen) verformten Seitenwänden 51.

Claims (9)

1. Potentiometer mit

• - einem Gehäuse, das relativ zueinander verschiebbare Gehäuseteile aufweist, die durch ein elastisches Element miteinander verbunden sind,
• - einem am Gehäuse angebrachten Flansch zur Befestigung des Potentiometers an einem anderen Gegenstand, insbes. an einem Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine,
• - einem relativ zum Gehäuse bewegbaren Betätigungsorgan,
• - einer im Gehäuse gehaltenen Widerstandsplatte,
• - einem Schleifer, der mit dem Betätigungsorgan gekoppelt ist und bei dessen Bewegung längs einer festgelegten Bahn auf der Widerstandsplatte gleitet und
• - mit mehreren elektrischen Anschlüssen, von denen einer elektrisch mit dem Schleifer und von denen mindestens ein anderer elektrisch mit der festgelegten Bahn verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Gehäuse in ein Außengehäuse (10) und ein im Inneren des Außengehäuses (10) angeordnetes Innengehäuse (20) aufgeteilt ist,
• - daß Innengehäuse (20) mittels eines federelastischen Dämpfungselementes (27, 27′) schwingungsgedämpft im Inneren des Außengehäuses (10) gelagert ist,
• - daß der Flansch (11) und die elektrischen Anschlüsse fest am Außengehäuse angebracht sind und
• - daß die Verschleißteile, nämlich die Widerstandsplatte (40) und das Betätigungsorgan (30) am Innengehäuse (20) gehalten sind.

2. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Dämpfungselement ein O-Ring (27, 27′) ist.

3. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Dämpfungselement (27, 27′) ein Ring ist, dessen Querschnitt die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken (50) und konkav verformten Seiten (51) hat.

4. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Dämpfungselement (27, 27′) aus Gummi, Silikon oder sonstigem federelastischem Kunststoff ist.

5. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Innen- und Außengehäuse (20, 10) zwei federelastische Dämpfungs­ elemente (27, 27′) vorgesehen sind, die jeweils zwischen den beiden stirnseitigen Kanten des Innen­ gehäuses (20) und den dazu gegenüberliegenden inneren Ecken des Außengehäuses (10) angeordnet sind.

6. Potentiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (20) an seinen beiden stirnsei­ tigen Kanten je eine Stufe (28, 29) zur Aufnahme und Führung des federelastischen Dämpfungselementes (27, 27′) aufweist.

7. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbin­ dungen zwischen den Anschlüssen (Flachstecker 19) und der festgelegten Bahn (Widerstandsbahn 41) bzw. dem Schleifer (Schleiferfeder 33) mittels einer beiseitig angelöteten (45, 46) Litze (44) hergestellt ist und daß ein Ende der Litze (44) mechanisch an der Wider­ standsplatte (40) und das andere Ende der Litze (44) mechanisch an dem Außengehäuse (20) bzw. an einer mit diesem verbundenen Steckerbuchse (18) mittels Klemmen (43, 47) angeklemmt sind.

8. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (30) mit einem anzukoppelnden Teil des anderen Gegenstandes schwingungsgedämpft in Verbindung steht.