DE8802883U1

DE8802883U1 - Drehpotentiometer

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Publication number: DE8802883U1
Application number: DE8802883U
Authority: DE
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1988-04-21

Description

P r e h

Elektrofelrmwchanisehe Werke Jakob Preh, Nachf. GmbH A Co. Schwelnfurter Straße S Bad Neustadt/Saale, den 02.03.88

02./88 GM Beschreibung

Drehpotenti cmeter

Die Erfindung betrifft ein Drehpotentiometer mit einer zylindrischen oder teil zylindrischen Widerstandsbahn, an deren beiden zur Zylinderachse parallelen Rändern wenigstens ein Elektrodenpaar angeordnet 1st, über das die Widerstandsbahn an Spannung Hegt, und mit einem an der Widerstandsbahn anliegenden Schleifer, der an einem um die Zylinderachse drehbaren Stellglied gehalten 1st.

Ein derartiges Drehpotentiometer 1st In der EP 0 157 666 Al beschrieben. Mit diesem Drehpotentiometer IaQt sich eine Winkelstellung eines drehbaren Bauteils, beispielsweise eines Maschinenelements erfassen. Dieses wird hierfür mit dem Stellglied gekoppelt. Soll auch eine lineare Bewegung des Bauteils erfaßt werden, dann 1st hierfür nicht nur ein Schiebepotentiometer, sondern auch eine aufwendige Kupplungsmechanik notwendig, die die Drehbewegung nur auf das Drehpotentiometer und die lineare Bewegung auf das Schiebepotentiometer überträgt.

Tn der DE-AS 23 17 144 1st eine Vorrichtung zum Verstellen mehrerer Widerstände mittels eines durch eine Kugel schwenkbar gelagerten Verstell hebeis beschrieben. Es lassen sich damit zwar Verschiebungen des Verstell hebels in xy-Richtung, jedoch nicht Drehungen um seine Langsachse erfassen. Eine ähnliche Vorrichtung 1st in der DE-OS 21 62 853 beschrieben.

Zur Erfassung von Dreh- und Schiebebewegungen sind berührungslos arbeitende Anordnungen, beispielsweise elektrodynamische Systeme, wie D1fferent1a1tran$formatoren, Induktive oder kapazitive Einrichtungen tlier auch pneumatische Staudruckanordnungen bekannt. Bei solchen An-6 Ordnungen 1st jedoch der Beschältungsaufwand hoch. Darüber hinaus sind 'die erreichbaren Signal spannungen oder Signalströme Im Verhältnis zur Versorgungsspannung oder Versorgungsstrom sehr klein. Dies macht solche Anordnungen gegen Störungen empfindlich.

Aufgabe der Erfindung 1st es, ein Drehpotentiometer der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß das Stellglied auch lineare Bewegungen durchführen und erfassen kann.

Erfindungsgemäß 1st obige Aufgabe bei einem Drehpotentiometer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Stellglied um einen Hub axial zur Zylinderachse relativ zur Widerstandsbahn verschieblich 1st, daß die axiale Breite der Widerstandsbahn dem Hub des Stellgliedes entspricht, daß an den beiden 1n Umfangsrichtung des Zylinders verlaufenden Rändern der Widerstandsbahn wenigstens ein weiteres Elektrodenpaar vorgesehen 1st und daß die beiden Elektrodenpaare wechselweise an Spannung Hegen.

Das Stellglied kann somit Bewegungen mit drehender und linearer Bewegungskomponente erfassen bzw. ausfahren. Der Schleifer nis&t dabei an der Hiderstandsbahn eine entsprechende Stellung ein. Durch das wechselweise Schalten des Elektrodenpaars der zur Zylinderachse parallelen Ränder und des Elektrodenpaars der in Umfangsrichtung verlaufenden Ränder wird Im Takt des Spannungswechsels der der Drehbewegung und der der Linearbewegung entsprechende Widerstand wirksam.

Der Aufbau 1st kompakt, da der Aufwand an beweglichen Bauteilen gering 1st.

Ein weiterar Vorteil besteht darin, daO die an der Widerstandsbahn S abgetastete Spannung In Ihrem Maximalwert 1m wesentlichen gleich der

angelegten Versorgungsspannung 1st und die Zwischenwerte einen entsprechenden Teil der Versorgungsspannung darstellen. Tm Vergleich zu berlihrungsfreien Einrichtungen sind also hohe Spannungen erreichbar, so daß die Anordnung vergleichsweise unempfindlich gegen Störungen 1st.

Tn bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung 1st der Widerstand auf der gesamten Widerstandsbahn homogen. Es 1st damit die abgegriffene Spannung direkt proportional der jeweiligen VerscMebesteilung und der jeweiligen Drehstellung.

Tn Ausgestaltung der Erfindung 1st die Widerstandsbahn am innenumfang eines Gehäuseteils vorgesehen und das Stellglied 1st 1n dessen Zentrum gelagert. Dadurch steht für die Widerstandsbahn eine große Fläche des Potentiometers zur Verfügung. Es 1st jedoch auch möglich, die Wider-

Standsbahn auf einem Inneren zylindrischen Teil vorzusehen und als

Stellglied einen diesen umschließenden Mantel zu gestalten. Es 1st nicht notwendig, daß von dem Bauteil, dessen Bewegung erfaßt werden soll, das Stellglied bewegt wird. Ebensogut kann das Bauteil die Widerstandsbahn relativ zum Stellglied bewegen.

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Um Li neaMtätsverfäi sehungen über den gesamten Dreh- bzw. Hubbereieh zu vermeiden, sind an den RHndern der Widerstandsbahn Jeweils mehrere Elektrodenpaare angeordnet, wobei die Elektroden Im Vergleich Mt Lunge der Ränder kurz sind. Die Elektroden sind mittels Dioden entkoppelt. Eine derartige Anordnung von Elektrodenpaaren 1st In der DE-OS 32 43 beschrieben.

Die Herstellung einer geeigneten Widerstandsbahn in Umkehrlaminiertechulk ergibt sich aus der DE-OS 33 22 382.

Das beschriebene Drehpotentiometer kann beispielsweise bei Betätigungseinrichtungen eingesetzt werden, die Dreh- und Schiebebewegungen ausführen und bei denen eine Lagerückmeldung erwünscht 1st. Solche Betätigungseinrichtungen sind beispielsweise Steuerungshandgriffe, Ventil betätigungseinrichtungen, Verriegelungssysteme oder Steuereinheiten für Schaltgetriebe.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
20

Tn der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt eines Potentiometers, Figur 2 einen Schnitt längs der Linie TT-TT nach Figur 1,

Figur 3 schematisch eine Widerstandsbahn in abgewickelter Lage,

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Figur 4 einen Träger mit Widerstandsbahn und Abgriffsfeld

in abgewickelter Lage
und

Figur 5 einen Schaltplan.
5

' Ein zylindrisches, rohrförmiges Gehäuseteil (1) 1st mit zwei Deckeln (2, 3) abgeschlossen. An den Deckeln (2, 3) sind Lagerstellen (4, 5) für eine Helle (6) angeordnet. Die Welle (6) erstreckt sich konzentrisch [.

zur Zylinderachse (7) des Gehäuseteils (1). |

Innen an dem Gehäuseteil (1) ist eine Trägerfolie (8) angeordnet, die

eine Widerstandsbahn (9) und ein Abgriffsfeld (10) trägt. Die Wider- [

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bahn (9) erstreckt sich über einen Winkel kleiner als 180 . Sie weist eine Breite (B) auf. Das Abgriffsfeld (10) Hegt am Tnnenumfang des Gehäuseteils (1) der Widerstandsbahn (9) gegenüber und weist die gleiche j Flächengröße wie diese auf.

An der Welle (6) 1st ein Stellglied (11) gehalten, das einen Schleifer (12) trägt. Eine Schleiferzunge (13) des Schleifers (12) liegt an der Widerstandsbahn (9) an. Eine Schleiferzunge (14) des Schleifers (12) liegt an dem Abgriffsfeld (10) an. Die Welle (8) bzw. der Schleifer (12) sind nicht nur um die Zylinderachse (7) drehbar. Sie sind auch axial um einen Hub (H) verschiebiich. Der Hub (H) 1st Im wesentlichen gleich der Breite (B) der Widerstandsbahn (9).

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Bei der in Figur 3 gezeigten Ausrührung sind an den zur Zylinderachse (7) parallelen Rändern (15, 16) je eine Elektrode (17, 18) angeordnet. Die Elektroden (17, 18) bilden ein Elektrodenpaar. Sie erstrecken sich im wesentlichen durchgehend über den betreffenden Rand (15 bzw. 16). 5

An den beiden in Umfangrichtung des zylindrischen Gehäuses (1) verlaufenden Rändern (19, 20) der Widerstandsbahn (9) sind Elektroden (21, 22) vorgesehen, die ein weiteres Elektrodenpaar bilden. Die Elektroden (21, 22) sind im Vergleich zur Länge der Ränder (19, 20) punktförmig.

Die Elektrodenpaare (16, 17; 21, 22) werden über einen Umschalter (23) (vgl. Figur 5) wechselweise an eine Gleichspannungsquelle (24) angeschlossen, die eine Versorgungsspannung liefert. Bei der Anordnung nach Figur 3 1st zwar in der Richtung der Drehbewegung (D) eine hinreichende Linearität des WiderstandsVerlaufs gewährleistet. Tn Richtung des Hubes (H) jedoch 1st der Widerstandsverlauf von der jeweiligen Drehstellung abhängig. Eine Möglichkeit dies zu vermelden, 1st bei der Widerstandsbahn (9) nach Figur 4 dargestellt.

Die Widerstandsbahn (9) nach Figur 3 1st rechteckig. Thre längere Erstreckung ist für die Drehbewegung (D) vorgesehen. Es wäre jedoch auch möglich, dem Hub (H) die längere Erstreckung zuzuordnen.

Beim AusfUhrungsbeispiel nach Figur 4 1st die Widerstandsbahn (9) quadratisch. An jedem der Ränder (15, 16, 19, 20) 1st eine Mehrzahl von Elektroden (17, 18, 21, 22) vorgesehen. Die Elektroden sind 1m Vergleich zur Länge der Ränder (15, 16) kurz. Die Kontaktfläche, mit der das

Schleiferende (13) auf der Widerstandsbahn (9) aufliegt, 1st 1m Vergleich zum Abstand der Elektroden klein. Die Elektroden weisen die gleichen Abstände voneinander auf.

Die Elektroden (17) sind Ober Dioden (25) an eine. Leiterbahn (26) der Trägerfolie (8) angeschlossen. Die Elektroden (21) sind über Dioden (27) an die Leiterbahn (26) angeschlossen. Die Elektroden (22? sind über Dioden (28) an eine weitere Leiterbahn (29) angeschlossen. Die Elektroden (18) sind über Dioden (30) an die Leiterbahn (29) angeschlossen. Die Diode» (27) und die Dioden (28) einerseits sowie die Dioden (30) und die Dioden (25) andererseits sind gleichsinnig gepolt, jedoch so, daß die Dioden (25) gegensinnig gepolt sind bezogen auf die benachbarten Dioden (27) der gleichen Leiterbahn (26).

Zwischen der Leiterbahn (26) und seiner Anschlußstelle (31) 1st ei.n Widerstand (Rl) und zwischen der Leiterbahn (29) und deren Anschlußstelle (32) 1st ein Widerstand (R2) angeordnet. Die Widerstände (Rl, R2) kompensieren den Temperaturgang der Dioden.

Die quadratische Gestalt der Widerstandsbahn (9) hat den Vorteil, daß an allen Elektroden gleiche Dioden und an beiden Leiterbahnen gleiche Widerstände (Rl, R2) verwendet werden können, wobei sich bei der Drehbewegung und bei der Hubbewegung gleiche Spannungsverhältnisse ergeben.

Günstig ist bei der Anordnung nach Figur 4 auch, daß neben den beiden Anschlußstellen (31, 32) nur eine weitere Anschlußstelle (33) für das Abgriffsfeld (10) vorgesehen sein muß.

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Tn Figur 5 ist RH der in Hubrichtung wirkende Widerstand der Widerstandsbahn (9). RD ist der in Drehrichtung wirksame Widerstand der Widerstandsbahn (9). An die Anschlußstelle (33) ist eine Auswerteschaltung (34) angeschlossen, die entsprechend des Taktes der Umschalteinrichtung (23) wechselweise die am Widerstand (RH) und am Widerstand (RD) abgegriffene Spannung erfaßt, welche der Verschiebestellung des Schleifers (12) in Hubrichtung bzw. der Verdrehung des Schleifers (12) in Drehrichtung entspricht.

Die Funktionsweise des beschriebenen Dreh-Schiebepotentiometers ist im wesentlichen folgende:

Wird die Welle (6) mit einem Bauteil gekoppelt, das sich einerseits um eine Achse dreht und andererseits in Achsrichtung verschiebt, dann führt der Schleifer (12) auf der Widerstandsbahn (9) eine entsprechende Bewegung aus. Die Auswerteschaltung (34) erfaßt dabei der jeweiligen Drehstellung und der jeweiligen Verschiebestellung entsprechende Spannungen. Um eine exakte Auswertung zu ermöglichen, 1st der Takt, mit dem der Umschalter (23) wechselweise d1t Versorgungsspannung an die Elektrodenpaare (17, 18 bzw. 21, 22) legt, schneller als die Geschwindigkeit der Bewegung.

Bei anderen AusfUhrungsbeispiel en 1st es auch möglich, die Widerstands*

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bahn (9) praktisch über 360 zu erstrecken. Das Abgriffsfeld (10) kann dann In Achsrichtung des Gehäuseteils (1) neben der Widerstandsbahn (9) angeordnet sein. Es 1st jedoch auch möglich, anstelle des Abgriffsfeldes (10) die vom Schleifer (12) erfaßte Spannung z.B. mittels eines weiteren Schleifers am Stellglied (11) oder der Welle (6) abzugreifen oder mittels einer Spiralfeder an das Gehäuse (1) zu führen.

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Zur Kompensation der temperaturabhMngfgen Diodendurchiaflspannung kann an*te1?4 der temperaturabhängigen Widerstände auch der * bekannte Temperaturkoeffizient der D1odendurch1aßspannung In der Auswerteschaltung (34) kompensiert werden. Die Temperaturkompensation kann auch dadurch erreicht werden, daß der Spannungsabfall an den Dioden über eine zusätzliche Meßleitung auf die Auswerteschaltung (34) geschaltet wird.

Bei rechteckigen, nichtquadratischen, homogenen Widerstandsbahnen (9) 1st der Spannungsabfall an den der Kompensation dienenden Widerständen (Rl, R2) an sich unterschiedlich, so daß sie die temperaturabhängige Diodendurchlaßspannung nur ungenügend kompensieren. Um dies auszugleichen, können entweder die beiden Widerstände (Rl, R2) entsprechend unterschiedliche Werte aufweisen oder es kann oter diese durchfließende Strom unterschiedlich gewählt werden, Indem eine unterschiedliche Versorgungsspannung angelegt wird.

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Bezugszeichenliste 02/86 GM

1	Gehäuseteil	26	Leiterbahn
2	Deckel	27	Dioden
3	Deckel	28	Dioden
4	Lagerstelle	29	Leiterbahn
5	Lagerstelle	30	Dioden
6	Welle	31	Anschlußstelle
7 r	MmJ I I IfUVf «Vll^e	32	Anerhiiiflctpiip
8	Trägerfolie	33	Anschlußstelle
9	Widerstandsbahn	34	Auswerteschaltung
10	Abgriffsfeld
11	Stellglied	RD	Widerstand in Drehrichtung
12	Schleifer	RH	Widerstand In Hubrichtung
13	Schi elferzunge	Rl	Widerstand
14	Schi elferzunge	R2	Widerstand
15	Rand parallel zu 7	D	Drehbewegung
16	Rand parallel zu 7	H	Hub
17	Elektrode	B	Breite der W1derstandsba!.n
18	Elektrode
19	Rand 1n Umfangrichtung
20	Rand 1n Umfangrichtung
21	Elektrode
22	Elektrode
23	Umschalter
24	GIeichspannungsquei1e
25	Dioden

7.13. -

Claims

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Elektrofeinmechanische Werke

Jakob Proh, Nachf. GmbH S Co.

Schweinfurter Straße 5

Bad Neustadt/Saale, den 02.03.88

02/88 GM Ansprüche

Drehpotentioaeter

1. Drehpotentiometer mit einer zylindrischen oder teilzyili ndrischen Wderrtandsbahn, an deren beiden zur Zylinderachse parallelen Rändern wenigstens ein Elektrodenpaar angeordnet ist, über da«; die Widerstandsbahn an Spannung Hegt und mit einem an der Widerstandsbahn anliegenden Schleifer, der an einem um die Zylinderachse drehbaren Stellglied gehalten 1st,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Stellglied (11) um einen Hub (H) axial zur Zylinderachse (7) relativ zur Widerstandsbahn (9) verschiebiich 1st, daß die axiale Breite (B) der Widerstandsbahn (9) dem Hub (H) des Stellgliedes (U) entspricht, daß an den beiden im Umfangsrichtung des Zylinders verlaufenden Rändern (19, 20) der Widerstandsbahn (9) wenigstens ein weiteres Elektrodenpaar (21; 22) vorgesehen 1st und daß die beiden Elektrodenpaare (17, 18; 21, 22) wechselweise an Spannung Hegen.

2. Drehpotentiometer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Widerstandsbahn (9) homogen 1st.

3i Drehpotentiometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Widerstandsbahn (9) am fnnenumfang eines Gehäuseteils (1) und das Stell glied (il) In dessen Zentrum gelagert ist.

4. Drehpotentiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

&ogr; daß die Widerstandsbahn (9) sich über weniger als 180 erstreckt und dem Schleifer (12) ein Abgriffsfeld (10) zugeordnet ist, das die gleiche Fläche wie die Widerstandsbahn (9) aufweist und diametral zur Widerstandsbahn (9) angeordnet ist.

5. Drehpotentiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rändern (15, 16, 19, 20) der Widerstandsbahn (9) jeweils mehrere Elektrodenpaare (17, 18; 21, 22) angeordnet sind, wobei die Elektroden im Vergleich zur Länge der Ränder (15, 16, 19, 20) kurz sind, und daß die Elektroden (17, 18, 21, 22) mittels Dioden {25, 27, 28, 30) entkoppelt sind.

6. Drehpotentiometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der temperaturabhängigen Durchlaßspannung der Dioden (25, 27, 28, 30) Widerstände (Rl, R2) mit positivem Temperaturkoeffizienten vorgesehen sind.

7. Drehpotentiometer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kontaktflache, mit der der Schleifer (12) auf der W1der-Standsbahn (9) aufliegt, kleiner als der Abstand zwischen . benachbarten Elektroden (17, 18, 21, 22) 1st.

8. Drehpotentiometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daö die Widerstandsbann (9) in Jer Abwicklung quadratisch