DE4324430C2 - Abgleichbares Drehpotentiometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein abgleichbares Drehpotentiometer mit einer im wesentlichen kreissegmentförmigen Widerstands­ bahn und mit einem auf der Widerstandsbahn schleifenden, zwischen zwei fest vorgegebenen Endanschlägen verschwenkba­ ren Schleifkontakt, wobei die Widerstandsbahn um eine Schwenkachse gelagert ist.

Ein derartiges Drehpotentiometer ist beispielsweise durch die DE-GM 19 25 279 bekanntgeworden.

Bei Drehpotentiometern kann durch Drehen einer mit einem Schleifkontakt verbundenen Achse ein gewünschter Wider­ standswert mit Hilfe des Schleifkontaktes zwischen einem Kleinstwert und einem Größtwert abgegriffen werden. Der Kleinstwert und der Größtwert sind durch zwei Endanschläge bestimmt.

In der Elektronik, insbesondere bei regelungstechnischen Aufgaben, ist es häufig erforderlich, diesen beiden Endan­ schlägen des Schleifkontaktes des Potentiometers bestimmte Spannungswerte zuzuordnen, beispielsweise um in einem Regler sowohl die obere als auch die untere Drehzahl vorzugeben.

In einfacher Form können dazu dem Potentiometer selbst zwei abgleichbare Vorwiderstände vorgeschaltet werden, über die den Endanschlägen die jeweils gewünschten Spannungswerte zu­ geordnet werden können. Da die beiden Vorwiderstände ihrer­ seits über das Drehpotentiometer elektrisch miteinander ge­ koppelt sind, verändert bei bereits auf den gewünschten Wert eingestellten ersten Vorwiderstand das Einstellen des zwei­ ten Vorwiderstandes den Wert des ersten Vorwiderstandes und umgekehrt. Der Abgleich auf bestimmte, den Endanschlägen zu­ geordnete Spannungswerte wird daher sehr erschwert.

Bei dem aus der DE-GM 19 25 279 bekannten Drehpotentiometer ist ein Trimmschalter vorgesehen, der vor Beginn der Wider­ standsregelung eine Relativbewegung der Schleifbahn im Sinne der Korrektur des Nullpunktes bei Einstellung des Schleif­ kontakts auf den auf einer Skala angezeigten Nullpunkt er­ möglicht. Nach vorgenommener Trimmung können entsprechend der gewünschten Regelamplitude Verschiebungen des Schleif­ kontakts in der gewünschten Regelrichtung erfolgen. Vorwi­ derstände sind bei diesem Drehpotentiometer nicht vorgesehen bzw. nicht integriert.

Aus der DE-AS 11 10 732 ist ein Drehpotentiometer bekannt, bei dem ein exzentrisch gelagerter Schleifkontakt bei seiner Drehung in gleichen Zeitintervallen verschieden große Seg­ mente der Widerstandsbahn des Potentiometers überstreicht und dadurch verschieden große Spannungsabfälle bewirkt, so daß sich ein nichtlinearer Widerstandsverlauf in Abhängig­ keit vom Drehwinkel ergibt. Auch bei diesem bekannten Dreh­ potentiometer sind keine Vorwiderstände vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Poten­ tiometer der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit einfachen Mitteln die dem Drehpotentiometer zugeord­ neten oberen und unteren Spannungswerte ohne gegenseitige Beeinflussung abgleichbar gestaltet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch die beiden über die Endanschläge überstehenden Enden der Widerstandsbahn zwei Vorwiderstände gebildet sind, daß die Widerstandsbahn zum Abgleich des ersten Vorwiderstandes um die erste Schwenkachse so weit verschwenkbar ist, bis das über den einen Endanschlag überstehende Ende der Wider­ standsbahn dem gewünschten Wert des ersten Vorwiderstandes entspricht, und daß danach die Widerstandsbahn zum Abgleich des zweiten Vorwiderstandes um eine zweite Schwenkachse, welche sich innerhalb der Widerstandsbahn im Bereich des ei­ nen Endausschlags befindet, so weit verschwenkbar ist, bis das über den anderen Endanschlag überstehende Ende der Wi­ derstandsbahn dem gewünschten Wert des zweiten Vorwiderstan­ des entspricht.

Dies hat den großen Vorteil, daß durch Verschwenken der Wi­ derstandsbahn um die erste und zweite Schwenkachse und über die Endanschläge jeweils hinaus die beiden gewünschten Vor­ widerstände als Endstücke der Widerstandsbahn erscheinen. Das Verschwenken der Widerstandsbahn erfolgt dabei derart, daß die beiden einzustellenden Endstücke der Widerstands­ bahn, die die gewünschten Vorwiderstände ausbilden, unabhän­ gig voneinander gewählt werden können. Dabei ist es nicht erforderlich, bei der Bewegung der Widerstandsbahn den durch die beiden Endanschläge definierten Drehwinkel des Schleif­ kontaktes zu ändern.

Vorteilhafterweise ist beim Abgleichen des ersten Vorwider­ stands die erste Schwenkachse der Widerstandsbahn gleich der Schwenkachse des Schleifkontakts, um den Aufbau und die Funktionsweise des abgleichbaren Potentiometers nicht durch zusätzliche Elemente kompliziert zu gestalten.

Vorteilhafterweise ist der Schleifkontakt über ein Gleitele­ ment, welches in Führungen läuft, radial verschiebbar auf der Widerstandsbahn geführt. Diese Verbindung des Schleif­ kontaktes mit dem Gleitelement stellt sicher, daß der um seine Schwenkachse verschwenkbare Schleifkontakt auch bei einer Parallelverschiebung der Widerstandsbahn zu der von dem Schleifkontakt überstrichenen Fläche Kontakt mit der Wi­ derstandsbahn hat.

Besonders leicht läßt sich das erfindungsgemäße Potentiometer für verschiedene Anwendungsbereiche einsetzen, wenn die Wi­ derstandsbahn auswechselbar ist, so daß neben einem Aus­ tausch der Widerstandsbahn auf Grund von Verschleiß auch Wi­ derstandsbahnen mit unterschiedlichen Gesamtwiderständen verwendet werden können.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an­ hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein abgleichbares Drehpotentiometer in seiner Grundstellung;

Fig. 2a, b ein Fig. 1 entsprechendes Potentiometer mit um eine erste Schwenkachse verschwenkter Wider­ standsbahn;

Fig. 3a, b ein den Fig. 1 und 2 entsprechendes Potentio­ meter mit um eine zweite Schwenkachse ver­ schwenkter Widerstandsbahn;

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Drehpotentiometer im Bereich des Schleifkontaktes; und

Fig. 5 einen Querschnitt durch des Potentiometer im Bereich der zweiten Schwenkachse.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein abgleichbares Potentiometer be­ zeichnet, das als wesentliche Elemente eine Widerstands­ bahn 2 und einen Schleifer 3 aufweist. In dem gezeigten Aus­ führungsbeispiel ist die Widerstandsbahn 2 als kreisförmiges Segment von 240° ausgebildet, das beispielsweise auf dem Randbereich einer kreisförmigen Scheibe 2′ ausgebildet ist. Eine Oberfläche der Widerstandsbahn 2, im Ausführungsbei­ spiel die nach oben weisende, ist in bekannter Weise mit ei­ ner Widerstandsschicht ausgebildet. Der Schleifer 3 ist um eine im Zentrum der kreisförmigen Widerstandsbahn 2 bzw. der Scheibe 2′ angeordnete Schwenkachse 4 schwenkbar gelagert. Der Verschwenkwinkel des Schleifers 3 wird durch zwei nicht­ gezeigte Anschläge begrenzt, im Ausführungsbeispiel der Zeichnung beträgt der Verschwenkwinkel des Schleifers 3 180°, wobei die beiden Endpositionen 3a, 3b des Schleifers 3 in Fig. 1 gestrichelt angedeutet sind. Auf der zur Wider­ standsbahn 2 weisenden Seite des Schleifers 3 ist ein Schleifkontakt 5 derart angeordnet, daß er bei jedem Ver­ schwenkwinkel des Schleifers 3 mit der widerstandsbeschich­ teten Oberfläche der Widerstandsbahn 2 in Kontakt steht, so daß ein gewünschter Widerstandswert mit Hilfe des Schleif­ kontaktes 5 abgegriffen werden kann, wenn der Schleifer 3 um seine Schwenkachse 4 verschwenkt wird.

Wie in der Zeichnung angedeutet ist, ist der Winkel des Kreissegmentes der Widerstandsbahn 2 um die Winkel α und β größer als der durch die Endpositionen 3a, 3b des Schlei­ fers 3 definierte Winkel. In der in Fig. 1 gezeigten Grund­ stellung des abgleichbaren Potentiometers 1 ist α = 20° und β = 40° gewählt. Durch das Überstehen der Widerstandsbahn 2 um die Winkel α, β bezüglich den Endpositionen 3a, 3b des Schleifers 3 bilden die beiden überstehenden Endstücke der Widerstandsbahn 2 zwei Vorwiderstände Rα, Rβ.

Die Widerstandsbahn 2 bzw. die Scheibe 2′ weist eine erste Schwenkachse 6 auf, die mit der Schwenkachse 4 des Schlei­ fers 3 zusammenfällt. Wird die Widerstandsbahn 2 um ihre er­ ste Schwenkachse 6 im Uhrzeigersinn verschwenkt, wie in Fig. 2a dargestellt ist, so verkleinert sich der durch die Endposition 3a des Schleifers 3 und die radiale Stirnflä­ che 7a der Widerstandsbahn 2 abgreifbare Widerstand Rα. Ent­ sprechend wird bei dieser Schwenkbewegung der durch die End­ position 3b des Schleifers 3 und die radiale Stirnfläche 7b der Widerstandsbahn 2 gebildete Widerstand Rβ vergrößert. Bei einer Schwenkbewegung bleibt jedoch der aus Rα und Rβ gebildete Gesamtwiderstand gleich, da α + β= konstant gilt, im gezeigten Ausführungsbeispiel also α + β = 60°. Somit ist lediglich durch eine Verschwenkung der Widerstandsbahn 2 bzw. der Scheibe 2′ um die erste Schwenkachse 6 nur ein von­ einander abhängiges Abgleichen beider durch die Endstücke der Widerstandsbahn 2 gebildeten Vorwiderstände Rα, Rβ mög­ lich. In Fig. 2b ist eine Stellung der Widerstandsbahn 2 ge­ zeigt, wenn sie von ihrer Grundstellung (Fig. 1) entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt wird.

In der Widerstandsbahn 2 ist ein entsprechend ihrem Mitten­ radius 8 gekrümmtes Langloch 9 ausgebildet, das im Ausfüh­ rungsbeispiel in der Grundstellung der Widerstandsbahn 2 (Fig. 1) symmetrisch bezüglich der Endstellung 3a des Schleifers 3 ist. Ein mit einem nichtgezeigten Gehäuse ver­ bundener Zapfen 10 durchgreift das Langloch 9, wobei die Verschwenkbewegung der Widerstandsbahn 2 um ihre erste Schwenkachse 6 nicht behindert, sondern durch das Langloch 9 und den Zapfen 10 lediglich begrenzt ist. Diese beiden Ver­ schwenk-Grenzstellungen der Widerstandsbahn 2 sind in den beiden Fig. 2a, b dargestellt.

Wie die Fig. 3a, b zeigen, ist die Widerstandsbahn 2 um ei­ ne durch den Zapfen 10 gebildete zweite Schwenkachse ver­ schwenkbar. Für eine Schwenkbewegung der Widerstandsbahn 2 um diese Schwenkachse 10 ist es erforderlich, daß ein der ersten Schwenkachse 6 der Widerstandsbahn 2 entsprechender Bolzen o. ä. entfernt wird.

Der Schleifkontakt 5 ist an dem Schleifer 3 radial (11) be­ züglich der Schwenkachse 4 des Schleifers 3 gleitbar gela­ gert (Fig. 4). Mit dem Schleifkontakt 5 ist ein kreisförmi­ ges Gleitstück 12 fest verbunden. Dieses Gleitstück 12 wird durch zwei Führungsschienen 13 geführt, die sich über den gesamten Winkelbereich der Widerstandsbahn 2 zu beiden Sei­ ten axial nach oben bezüglich den Schwenkachsen 4, 6 er­ strecken.

Sollen die beiden als Endstücke der Widerstandsbahn 2 gebil­ deten Vorwiderstände Rα, Rβ unabhängig voneinander gewählt werden, so ist der Abgleich beider Vorwiderstände Rα, Rβ folgendermaßen vorzunehmen: Die Widerstandsbahn 2 befindet sich in ihrer Grundstellung (Fig. 1), der Schleifer 3 in seiner unteren Endstellung 3a. Die Widerstandsbahn 2 wird in Fig. 2a im Uhrzeigersinn, in Fig. 2b entgegen dem Uhrzeiger­ sinn um ihre erste Schwenkachse 6 verschenkt, bis der durch den Schleifer 3 in seiner Endposition 3a und die radiale Stirnfläche 7a der Widerstandsbahn gebildete Vorwider­ stand R- auf einen gewünschten Widerstandswert eingestellt, d. h. abgeglichen ist. Das Verschwenken wird im Ausführungs­ beispiel durch die Abmessung des Langloches 9 begrenzt. Die­ se Einstellung wird mechanisch durch Abbiegen des über die Widerstandsbahn 2 hinausragende Teils des Zapfens 10 fi­ xiert, so daß keine relative Bewegung zwischen Widerstands­ bahn 2 und Zapfen 10, wohl aber noch ein Verschwenken der Widerstandsbahn 2 um den Zapfen 10 möglich ist. Dabei muß die erste Schwenkachse 6 der Widerstandsbahn 2 derart gelöst werden, daß sie ein Verschwenken der Widerstandsbahn 2 um die zweite Schwenkachse 10 nicht behindert.

Zum Abgleich des anderen Vorwiderstandes Rβ wird der Schlei­ fer 3 in seine obere Endposition 3b geschwenkt. Die Wider­ standsbahn 2 wird nun so weit um ihre zweite Schwenkachse 10 verschwenkt, bis der durch den Schleifkontakt 5 des Schlei­ fers 3 in seiner Endposition 3b und durch die radiale Stirn­ fläche 7b der Vorwiderstandsbahn 2 gebildete Vorwider­ stand Rβ den gewünschten Vorwiderstandswert erreicht hat, d. h. abgeglichen ist. Die beiden Vorwiderstände R- und Rβ sind also unabhängig voneinander wählbar.

Wie die Fig. 3a, 3b zeigen, verändert sich beim Abgleichen der beiden Widerstände Rα und Rβ der Abgriffpunkt des Schleifkontaktes 5 gegenüber dem Mittelradius 8 der Wider­ standsbahn 2. Durch das in den Führungsschienen 12 der Wi­ derstandsbahn 2 geführte Gleitstück 11 (Fig. 4) wird der Schleifkontakt 5 derart radial 11 verschoben, daß jeder­ zeit ein sicherer Abgriff auf der Widerstandsbahn 2, bei­ spielsweise auf ihrem Mittenradius 8 gewährleistet ist.

Anstelle eines gehäusefesten Zapfens 10 kann auch ein Schaft 14 einer Schraube 10′ verwendet werden, der das Langloch 9′ durchgreift. Ein Gewinde 15 der Schraube 10′ ist in ein ent­ sprechendes Gewinde am Gehäuse 16 eingeschraubt (Fig. 5). Der Schaft 14 der Schraube 10′ verjüngt sich in Richtung auf das Gewinde 15. Während des Abgleichs des ersten Vorwider­ standes ist die Schraube 10′ soweit herausgedreht, daß ihr Schaft 14 die Verschwenkbewegung der Widerstandsbahn 2 um ihre erste Schwenkachse 6 nicht behindert. Nach dem Abgleich des ersten Vorwiderstandes wird die Schraube 10′ angezogen, bis die konische Umfangsfläche des Schaftes 14 form- und kraftschlüssig an den ebenfalls konischen Seitenflächen 17 des Langloches 9′ anliegt. Dies verhindert zwar eine Rela­ tivbewegung von Widerstandsbahn 2 und Schraube 10′, läßt aber ein Verschwenken der Widerstandsbahn 2 um den Schaft 14 der Schraube 10′ zum Abgleich des zweiten Vorwiderstandes noch zu. Diese Ausführungsform des Verfahrens zum Abgleichen von Vorwiderständen wird immer dann gewählt, wenn der Ab­ gleich der Vorwiderstände auch nachträglich leicht erfolgen soll. Werden die Widerstände jedoch nur einmal abgeglichen, beispielsweise zum Ausgleich bestimmter Toleranzen, so ist die erste beschriebene Ausführungsform durch Abbiegen des Zapfens vorzuziehen.

Die Formgebung der Widerstandsbahn 2 beschränkt sich nicht auf kreisförmige Segmente, sondern prinzipiell ist jeder Kurvenverlauf der Widerstandsbahn 2 möglich, solange nur durch geeignete Führungsschienen an der Widerstandsbahn der Kontakt zwischen Schleifkontakt 5 und der Widerstandsbahn bei jedem Drehwinkel des Schleifers 3 gewährleistet ist.

Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß abweichend vom Ausführungsbeispiel auch der Schleifer 3 relativ zu einer unbeweglichen Widerstandsbahn 2 so bewegt werden kann, bis die in den Fig. 3a und 3b gezeigte Anordnung von Wider­ standsbahn 2 und Schleifer 3 dann durch Verschieben des Schleifers 3 erreicht ist.

Claims (4)

1. Abgleichbares Drehpotentiometer (1) mit einer im wesent­ lichen kreissegmentförmigen Widerstandsbahn (2) und mit einem auf der Widerstandsbahn schleifenden, zwischen zwei fest vorgegebenen Endanschlägen (3a, 3b) ver­ schwenkbaren Schleifkontakt (5), wobei die Widerstands­ bahn (2) um eine Schwenkachse (6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß durch die beiden über die Endanschläge (3a, 3b) überstehenden Enden der Widerstandsbahn (2) zwei Vor­ widerstände (R_α, R_β) gebildet sind,
daß die Widerstandsbahn (2) zum Abgleich des ersten Vor­ widerstandes (R_α) um die erste Schwenkachse (6) so weit verschwenkbar ist, bis das über den einen Endanschlag (3a) überstehende Ende der Widerstandsbahn (2) dem ge­ wünschten Wert des ersten Vorwiderstandes (R_α) ent­ spricht, und
daß danach die Widerstandsbahn (29) zum Abgleich des zweiten Vorwiderstandes (R_β um eine zweite Schwenkachse (10), welche sich innerhalb der Widerstandsbahn (2) im Bereich des einen Endanschlags (3a) befindet, so weit verschwenkbar ist, bis das über den anderen Endanschlag (3b) überstehende Ende der Widerstandsbahn (2) dem ge­ wünschten Wert des zweiten Vorwiderstandes (R_b ent­ spricht.

2. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abgleichen des ersten Vorwiderstandes (R_α) die erste Schwenkachse (6) der Widerstandsbahn (2) gleich der Schwenkachse (4) des Schleifkontaktes (5) ist.

3. Potentiometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schleifkontakt (5) über ein Gleitele­ ment (12), welches in Führungen (13) läuft, radial (11) verschiebbar auf, der Widerstandsbahn (2) geführt ist.

4. Potentiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahn (2) aus­ wechselbar ist.