DE4335733A1 - Potentiometer - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Potentiometer nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Potentiometer in den verschiedensten Be­ reichen der Technik als Weg- oder Winkelgeber einzusetzen, in einer Fülle von verschiedenen Ausführungsformen. So werden beispielsweise Drehpotentiometer außen an Getrieben oder sonstigen Übertragungsgestängen angeflanscht und die Potentiometerachse, nicht selten über weitere Übertragungs­ mittel mit entsprechendem, natürlich unerwünschtem Spiel, letzlich mit dem sich bewegendem oder angetriebenem Teil zu Meß- oder häufig auch direkt zu Regelzwecken verbunden.

Üblicherweise befindet sich ein solches, als Weggeber ein­ gesetztes Potentiometer in seinem eigenen Gehäuse, nicht selten gekapselt oder abgedichtet; man benötigt Befesti­ gungsmittel an den entsprechenden, stationären Maschinen­ teilen; es muß Platz für das Potentiometergehäuse ge­ schaffen werden; ferner muß für die Achsverbindung dre­ hender Teile mit der Potentiometerachse, die üblicher­ weise den Antrieb für den Schleifer besorgt, fluchtgenau gesorgt werden, so daß sich letztendlich die Kosten für ein als Weggeber eingesetztes Standardpotentiometer mit entsprechendem Antrieb über seine Achse, auch für den benötigten Platz z. B. an einem Getriebe, nicht unerheb­ lich erhöhen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Ab­ hilfe zu schaffen und bei nur geringem Zusatzkostenauf­ wand und minimalem Platzbedarf einen potentiometrischen Winkel- und Weggeber zur Verfügung zu stellen, der bei einfachem Auf­ bau universell eingesetzt werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hat den Vorteil, daß praktisch ohne zusätz­ lichen Platzbedarf und unmittelbar dort, wo eine Bewegung erfaßt werden muß, auch der Weggeber angeordnet ist, wobei ferner noch dessen besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau zu erwähnen ist.

Besonders vorteilhaft ist auch der Umstand, daß in der Aus­ bildung als Hohlwellen-Drehpotentiometer die Lagerung und Aufnahme des Weggebers in einer Ausgestaltung der Erfindung sehr einfach ist, weil, z. B. innerhalb eines Getriebes, das ganze Potentiometer auf einer ohnehin vorhandenen Welle oder einem sonstigen Achsstummel, angrenzend zu einem antreibenden Zahnrad, angeordnet ist, und auf diese Weise platzsparend, sicher und hinsichtlich seines Antriebes einfach und pro­ blemlos gelagert werden kann.

Besonders vorteilhaft ist auch die durch die Erleichte­ rung erreichte Funktionskumulierung - so kann z. B. ein als Rotor aus gebildetes Potentiometerteil gleichzeitig für den Antrieb des Schleifers sorgen, lagernde Gehäusefunktionen für den anderen Potentiometerteil übernehmen, mit diesem zusammen Widerstands- und gegebenenfalls Kollektorbahn ab­ dichten und gegen Fremdeinflüsse schützen, wobei der Rotor seinerseits in direkter Antriebsverbindung mit sich bewe­ genden Teilen, z. B. einem beliebigen Zahnrad im Getriebe stehen kann, da er selbst gleichzeitig als Zahnrad ausge­ bildet ist.

Dabei bildet der Rotor, zusammen mit dem anderen, als sta­ tionär aufgenommenen Stator ausgebildeten Potentiometerteil die gegenseitige Gleitlagerung und ist mit dem Stator vor­ zugsweise in Form einer Schnappgleitverbindung verbunden.

Weitere Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt einen ersten Potentiometerteil bil­ denden Rotor mit Außenverzahnung als Hauptgehäuse­ teil

Fig. 2 den Rotor der Fig. 1 in Draufsicht

Fig. 3 einen Stator als zweiten Potentiometerbaustein mit Lagermitteln für vorzugsweise als Leitplastik­ beschichtung ausgebildete Widerstand- und gegebenen­ falls Kollektorbahn im Querschnitt

Fig. 4 den Stator in Draufsicht mit Anschlag zur Positions­ fixierung

Fig. 5 Stator und Rotor in zusammengebauter Ausführungsform im Querschnitt und

Fig. 6 die Draufsicht auf den potentiometrischen Weg- bzw. Winkelgeber der Fig. 5 mit gestrichelt angedeuteten Schleiferfingern.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen poten­ tiometrischen Weg- oder Winkelgeber achsfrei so auszubilden, daß dieser unmittelbar in Getrieben oder sonstigen mechani­ schen Einrichtungen, bei denen Bewegungen erfaßt werden sol­ len, nach Art eines Zahnrades integriert werden kann, wobei die Zahl der erforderlichen Potentiometerteile auf ein Mini­ mum reduziert ist und die beiden überhaupt vorhandenen Haupt­ teile eine Funktionskumulierung erfahren haben.

Fig. 1 zeigt den einen Hauptbestandteil des Potentiometers 10 nach vorliegender Erfindung, nämlich den die Drehbewegung durchführenden Rotor 11. Dieser Rotor trägt bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel den Abgriff oder Schleifer 12, der, wie für sich bei Präzisionspotentiometer bekannt, aus einer Vielzahl paralleler Schleiferfinger bestehen kann, auch in einheitlicher Struktur, die gleichzeitig Wider­ standsbahn und Kollektorbahn überstreichen und das von der Widerstandsbahn abgegriffene Potentional auf die Kollektorbahn übertragen; obwohl hier auch eine Vielzahl anderer Lösungen denkbar und möglich sind.

Unbedingt darauf hinzuweisen ist, daß zwar bei dem im folgenden im einzelnen erläuterten Ausführungsbeispiel der Rotor der Fig. 1 auch die Schleiferfinger trägt, wie er im übrigen auch insofern das Potentiometergehäuse bildet - es versteht sich aber, daß diese Grundstruktur natürlich auch umgekehrt möglich und realisierbar ist, daß also der noch zu erläuternde Stator den Schleifer lagert und die Gehäuseform bildet, da es nur darauf an­ kommt, für die Messung die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Schleifer und den Bahnen, auf denen er gleitet, sicherzustellen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Rotor Schlei­ ferträger, wobei der Schleifer 13 in geeigneter Weise in einer ringförmig umlaufenden Rinnenform 14 aufgenommen und befestigt ist. Rotor 11, und im übrigen auch der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Stator 12, sind bevorzugt als einstückige Kunststoffteile, beispielsweise Spritzgußteile ausgebildet und lassen sich daher besonders maßhaltig in jeder gewünschten Formgebung herstellen.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Rotor mit einem ganz oder teil­ weise umlaufenden Zahnradkranz 16 ausgebildet, - er stellt also zusammen mit seiner zentralen Bohrung 15 im Grunde ein Zahnrad dar und bildet so die Ausgangsform für ein Hohl­ wellenpotentiometer, da der Rotor gleichzeitig auch Ge­ häuseaufgaben für das Potentiometer übernimmt. Dabei ver­ steht es sich, daß der Zahnradkranz, anders als bei der hier gezeigten Stirnradverzahnung, auch innenliegend, je­ weils den Gegebenheiten des mechanischen Aufbaus ange­ paßt sein kann.

Da es der Rotor 11 ist, der den Stator 12 lagert, wobei der Rotor seine eigene, auch sehr präzise Lagerung durch eine seine zentrale Bohrung 15 durchsetzende Welle oder einen Achsstummel erfährt, verfügt der Rotor über - gleich­ zeitig eine Abdichtung für den Schleifer 13 und die gegen­ überliegend am Stator angeordnete Widerstandsbahn auf neh­ menden Rinnenbereich bildende - Gleitflächen 17a, 17b und 17c. An diesen Gleitflächen liegen Gegenflächen 17b′, 17c′ des Stators an (Fig. 3), wodurch dieser seine Lagerung und Führung durch den Rotor erfährt.

Ferner ist zur Montagevereinfachung und schnellen und sicheren Fixierung des Stators 12 am Rotor eine Schnapp- oder Verriegelungsvorrichtung angeordnet, bestehend aus einer Vielzahl vorzugsmäßig gleichförmig über einen inneren Umfang angeordneter, nach oben wegstehender Rasthaken 18 mit einem Umfangsrand am Stator hintergreifenden Verriege­ lungs-Quernasen 19. Die Draufsicht der Fig. 2 läßt erkennen, daß die zentrale Lagerbohrung 15 des Rotors 11 im Abstand von einem hochgezogenen Lagerkragen 20 umgeben ist, dessen Außenflächen die Ringform für eine Lagerachse bildet, die ihrerseits die zentrale Aufnahmebohrung 21 des Stators 12 (siehe Fig. 3 und 4) für dessen Lagerung durchsetzt.

Wie die Fig. 3 und 4 weiter zeigen, ist der Stator wenig mehr als eine Scheibe von ovaler Form, wobei, auf die durch die jeweiligen Gleitflächen am Rotor und Stator abge­ dichtete Rinne 14 ausgerichtet, mindestens die Wider­ standsbahn 22 in Form einer Leitplastikschicht ring­ förmig auf der Statorunterseite angeordnet ist.

Die Statorscheibe lagert ferner Schneidklemmenanschlüsse 23, die bevorzugt aus einem leitenden metallischen Ma­ terial bestehen und die eine Verbindung herstellen zwi­ schen der Widerstandsbahn (oder gegebenenfalls einer zu­ sätzlich vorhandenen Kollektorbahn) und von außen zugäng­ lichen Anschlußverbindungen. Zu diesem Zweck können die z. B. von metallischen Flachstreifen gebildeten Schneid­ klemmenanschlüsse im Kunststoffmaterial des Stators einge­ bettet sein, z. B. durch Umspritzen, wobei durch die direkte innere Kontaktanlage mit beispielsweise in einem späteren Verfahrensschritt durch Anspritzen von unten aufgebrachten Leitplastikschichten die elektrische Verbindung zu den Widerstands- und Kollektorbahnen erfolgt. Dabei können die nach außen geführten Enden der metallischen Kontaktstreifen U-förmig auf sich selbst zurückgebogen sein und sich ver­ jüngende Einführungs- bzw. Aufnahmeschlitze für elektrische Verbindungskabel aufweisen.

Eine Durchtrittsöffnung 24 erlaubt auch einen Zugang zu den Endanschlüssen der Leitplastikbahnen direkt von oben, wie der zusammengebaute Zustand des Potentiometers entsprechend Fig. 5 zeigt.

Gegenüberliegend zu den Schneidklemmenanschlüssen 23, aber falls gewünscht, auch an jeder beliebigen Stelle am Außen­ umfang des Stators 12 ist schließlich eine Positionsfixie­ rung 25 zur drehfesten Arretierung des an sich ja vom sich drehenden Rotors gelagerten Stators vorgesehen. Diese Positionsfixierung hat die Form eines nach außen offenen Schlitzes, in den ein stationäres Teil am Getriebe oder von einem sonstigen mechanischen Teil eingreift, z. B. ein Stift oder Zapfen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung hat dieser Arretier­ zapfen eine vorgegebene Breite, die um einen vorgegebenen Abstand zur Bildung einer Lose geringer als die innere Schlitzbreite ist, so daß sich ein definierter Shift er­ gibt (vom Anschlag bis Drehung im Uhrzeigersinn bis zum Anschlag bei Drehung im Gegenuhrzeigersinn), wodurch es möglich ist, den sich mit der Abnutzung des Getriebes, auf welches hier stellvertretend für alle sonstigen me­ chanischen Systeme, deren Bewegungsablauf zu erfassen ist, durchgehend Bezug genommen wird, sich ändernder Totpunkt bei Drehrichtungsumkehr zu beseitigen, mindestens zu re­ lativieren.

Natürlich eignet sich das erfindungsgemäße Potentiometer sowohl für Meßverfahren, bei denen Bewegungen bzw. Umdre­ hungen von mehr als 360 Grad zu erfassen sind, bei denen das Potentiometer also durchdrehbar ausgebildet ist, als auch für Meßbewegungen von weniger als 360 Grad. Im letz­ teren Fall können zur Dreharretierung eine vorgegebene An­ zahl von Zähnen des Zahnrades, beispielsweise 3 Zähne, durch einen Anschlagnocken 26 ersetzt sein.

Dabei umfaßt die Erfindung, wie es sich versteht, auch die Variante, daß der Stator in einem Gehäuse oder an einem Ge­ häuseteil des mechanischen Antriebs selbst fest montiert ist, z. B. durch Verschraubung, Vernietung und der­ gleichen an geeigneter Stelle, und der Rotor vom statio­ nären, fest montierten Stator zur Durchführung seiner Drehbewegung gelagert wird, bei Antrieb des Rotors von einem angrenzenden Zahnrad und bei Verzicht auf eine sonstige Wellen- oder Achslagerung für das Potentio­ meter überhaupt.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die Ansprüche und insbesondere der Hauptanspruch Formulierungsversuche der Erfindung ohne umfassende Kenntnis des Stands der Technik und daher ohne einschränkende Präjudiz sind. Daher bleibt es vorbehalten, alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale sowohl einzeln für sich als auch in beliebiger Kombi­ nation miteinander als erfindungswesentlich anzusehen und in den Ansprüchen niederzulegen.

Claims (12)

1. Potentiometer, insbesondere Weg- oder Winkelgeber bei sich bewegenden Teilen, Getrieben, Gestängen, sonstigen mechanischen Antrieben u. dgl., mit Wider­ stands- und gegebenenfalls Kollektorbahn, relativ zu diesen bewegbaren Schleifer und Lagermittel für beide, gekennzeichnet durch zwei in ihren Abmessungen im wesentlichen gleich­ große Potentiometerhauptteile,

• a) einem als Zahnrad ausgebildeten Rotor (11), der seine Meßdrehbewegung durch unmittelbare Wirkver­ bindung mit einem Gegenzahnrad des Getriebes oder sonstigen mechanischen Antriebs erhält, dessen Be­ wegung erfaßt werden soll, und einem
• b) dem Rotor (11) zugeordneten, relativ zu diesem bzw. zum beweglichen Antrieb stationären Stator (12), wobei
• c) eines der Potentiometerhauptteile (11, 12) als Träger für den Schleifer (13) und das andere als Träger oder Lagerung für Widerstandsbahn (22) und gegebenenfalls Kollektorbahn dient.

2. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stator (12) am Rotor drehbar gelagert ist, der seinerseits über eine als Hohlwelle ausge­ bildete zentrale Bohrung (15) von einer (ohnehin vorhandenen) Welle oder einem Achsstummel (im Ge­ triebe) gelagert ist.

3. Potentiometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagerung des Stators am Rotor durch eine zentrale Schnappgleitverbindung erfolgt, wobei durch die Lageraufnahme gleichzeitig der Schleifer und Widerstandsbahn (und Kollektorbahn) enthaltende Bereich abgedeckt und abgedichtet wird.

4. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch die gleichzeitige Ausbildung des Zahnrad/Rotors (11) als tragendes Potentiometerge­ häuse, wobei in einer ringförmigen Lagerrinne (14) der (aus einer Vielzahl von Schleiferfingern beste­ hende) Schleifer (13) angeordnet ist, wobei die Lagerrinne (14) durch das Aufrasten des scheiben­ förmigen Stators (12) abgedeckt und die am Stator konzentrisch zum Schleifer und auf diesen ausgerich­ teten ringförmig verlaufenden Leitplastikschichten der Widerstands- und gegebenenfalls der Kollektorbahn durch angrenzende innere und äußere aufeinanderlie­ gende, zueinander konzentrische Ringflächen von Rotor und Stator abgedichtet werden, wobei diese Ring­ flächen gleichzeitig Gleitflächen für die Relativ­ bewegung zwischen Rotor und Stator bilden.

5. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Aufstülpung der zen­ tralen Lagerbohrung (15) des ersten sich drehenden Potentiometerhauptteils (Rotor 11) eine äußere zentrale Lagerringfläche (20) bildet, die in eine zentrale Lagerbohrung (21) am anderen Potentiometer­ hauptteil (Stator 12) eingreift, unter Bildung wei­ terer Lagergleitflächen (17a).

6. Potentiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich der zentralen Lagerringfläche (20), diese gegebenenfalls unterbrechend, Schnapp­ haken (18, 19) angeordnet sind, die mit Verriegelungs­ quernasen (19) die Statorscheibe hintergreifen.

7. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in das (Kunststoff) Material des Stators flache (metallische) Kontaktstreifen ein­ gebettet sind, die von innen die Leitplastikschichten von Widerstandsbahn oder Kollektorbahn kontaktieren und die nach außen heraus geführt Schneidklemmenan­ schlüsse für ein äußeres elektrisches Zuführungskabel bilden.

8. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß im Falle fehlender Durch­ drehbarkeit der Potentiometeranschlag in der Verzah­ nung des Rotors integriert ist.

9. Potentiometer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß ein oder mehrere Zähne der Verzahnung am Rotor einen Anschlagnocken bilden.

10. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß am Stator eine Positionie­ rung mit vorgegebenem Shift bei Drehrichtungsumkehr zur Eliminierung eines unregelmäßigen Totpunktes vor­ gesehen ist.

11. Potentiometer nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur stationären Arretierung des Sta­ tors in eine Randausnehmung (25) der Statorscheibe ein stationäres Halteglied (Stift) eingreift, wobei die Schlitzbreite der Randausnehmung zur Vorgabe des definierten Shifts (Lose) größer als die Halteglied­ breite ist, derart, daß einem sich mit Alterung des Getriebes änderndem Totpunkt bei Drehrichtungsumkehr Rechnung getragen ist.

12. Potentiometer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stator im Fremdgehäuse des mechanischen Antriebs fest montiert ist und den Rotor unter Verzicht auf eine sonstige Wellen­ lagerung zur Durchführung der Meß-Drehbewegung lagert.