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Die Erfindung betrifft ein Potentiometer, bestehend aus einem aus
Bodenplatte und Deckel zusammengesetzten Gehäuse, aus einem in das Gehäuse eingesetzten,
ringförmigen und mit durch die Bodenplatte des Gehäuses geführten Leitern verbundenen
Widerstandselement und aus einem drehbar gegenüber dem Gehäuse gelagerten, und von
außen her verstellbaren Rotor, der mit einem das Widerstandselement abgreifenden
Schleifer versehen ist, der mit einem koaxial zum Rotor angeordneten, in der Bodenplatte
befestigten und sich in eine axiale Bohrung des Rotors erstreckenden dritten Leiter
elektrisch verbunden ist.
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Bei dem bekannten Potentiometer (USA.-Patentschrift 2 884 506), von
dem die Erfindung ausgeht, weist der dritte Leiter mehrere stumpfwinklige Knickstellen
auf, die den elektrischen Kontakt des dritten Leiters mit der metallischen Wandung
der axialen Bohrung des Rotors vermitteln. Der Rotor ist am Außenumfang mit einer
Rille versehen, in der ein Federring eingelegt ist, der als Schleifer zum Abgreifen
des Widerstandselementes dient. Die Kontaktgabe des dritten Leiters mit der Wandung
der axialen Bohrung des Rotors ist von der Größe der Eigenspannung des dritten Leiters
abhängig. Insbesondere kann beim Drehen des Rotors und bei auftretenden Vibrationen
die Kontaktgabe verschlechtert werden, ohne daß Mittel vorgesehen sind, dies zu
verhindern. Ferner darf der dritte Leiter vor der Montage keinesfalls verbogen werden.
Bei der Montage selbst läßt sich nicht ohne weiteres feststellen, ob die Kontaktgabe
ausreichend ist.- Schließlich muß der Rotor noch gegenüber dem Gehäuse mittels eines
besonderen Ringflansches aus Isolierwerkstoff drehbar gelagert und in axialer Richtung
gesichert sein. Dadurch ist diese Bauweise aufwendiger.
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Ferner ist es bekannt (USA.-Patentschrift 3 032 734), den dritten
Leiter als Hohlniet auszubilden, die in einer Bohrung der Grundplatte drehbar eingesetzt
ist und einen Schleifer aufweist, der von einem drehbaren Gehäuseteil erfaßt und
geschwenkt wird. Der drehbare Gehäuseteil weist zentrisch einen zylindrischen Fortsatz
-auf, der durch den Hohlniet greift und am anderen Ende zur Befestigung des drehbaren
Gehäuseteils verdickt ist. Somit dient der Hohlniet gleichzeitig als Stromleiter
und als Lager für den drehbaren Gehäuseteil. Dieses bekannte Miniaturpotentiometer
weist zwar einen einfachen Aufbau auf, doch bedarf es bei der Montage verhältnismäßig
aufwendiger, maschineller Vorkehrungen und Bearbeitungsschritte. So muß der Hohlniet
mittels einer besonderen Vorrichtung eingebaut werden. Dabei muß auch darauf geachtet
werden, daß der Schleifer nicht verklemmt wird. Schließlich bedarf es auch einer
besonderen Vorrichtung, um das verdickte Ende des Fortsatzes des drehbaren Gehäuseteils
auszubilden, das auch den Formschluß mit dem Hohlniet zur Mitnahme des Schleifers
vermittelt.
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Schließlich ist auch ein Potentiometer bekannt (deutsche Patentschrift
1039 120), bei der ebenfalls ein zentrischer Hohlniet sowohl zur Stromleitung als
auch als Lagerung für den Rotor und den Schleifer dient. Dabei sind jedoch verhältnismäßig
viele Übergangskontakte erforderlich.
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Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin,
ein Potentiometer der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß bei einem einfachen
Aufbau sowie insbesondere bei einer einfachen Montage eine sichere Kontaktgabe zwischen
dem dritten Leiter und dem Schleifer vermittelt ist. Es soll gegenüber Erschütterungen
und Vibrationen möglichst unempfindlich sein.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß -der Rotor durch
den dritten Leiter derartig gelagert ist, daß allein dadurch jedes die Funktion
beeinträchtigende radiale Spiel des Rotors vermieden wird, und daß der Rotor einen
die axiale Bohrung durchsetzenden, quer verlaufenden Schlitz aufweist, in dem der
Schleifer angeordnet ist, .der zwischen dem dritten Leiter und der Wandung der axialen
Bohrung eingeklemmt ist.
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Dadurch, daß der dritte Leiter auch als Lager dient, ist ein sehr
einfacher Aufbau erzielt. Dadurch, daß der Schleifer zwischen dem dritten Leiter
und der Wandung der axialen Bohrung eingeklemmt ist, ergibt sich eine sehr sichere
Kontaktgabe und eine hohe Kontaktsicherheit bei Vibrationen. Da der Rotor mit dem
in den quer verlaufenden Schlitz eingelegten Schleifer auf den in der Bodenplatte
befestigten, beispielsweise eingegossenen dritten Leiter aufgesteckt wird, ist die
Montage des Potentiometers sehr einfach. Das erfindungsgemäße Potentiometer kann
mit geringen Abmessungen hergestellt werden und ist zur Verwendung in gedruckten
Schaltungen geeignet. Da der dritte Leiter zur Lagerung des Rotors dient, braucht
hierfür kein weiteres -eigenes Bauteil vorgesehen werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Schleifer
streifenförmig und weist eine Einprägung als Versteifung auf, deren Breite etwa
der Breite des quer verlaufenden Schlitzes gleich ist. Dadurch wird erreicht, daß
der Schleifer beim Einlegen in den Schlitz eine bestimmte Stellung einnimmt, die
das Aufstecken des Rotors und Festklemmen des Schleifers erleichtert bzw. verbessert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen
Potentiometers, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1, und F i
g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 2. Das Potentiometer
10 in F i g. 1 besteht aus einem Gehäuse, das aus dem Deckel 11 und
der Bodenplatte 12 zusammengesetzt ist. Aus der Bodenplatte 12 führen elektrische
Leiter 13,14 und 15 heraus, die vorzugsweise alle starr oder halbstarr sind und
in einen Sockel eingesteckt werden können,- der z. B. mit einer Transistorschaltung
verbunden ist. Die Leiter können z. B. mit Epoxydharz in die Bodenplatte 12 eingegossen
sein, um das Gehäuse staub- und feuchtigkeitsdicht abzuschließen. Aus der Oberseite
des Deckels 11 ragt ein geschlitzter Stellknopf 16 zur Einstellung des Widerstandswertes.
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In den F i g. 2 und 3 ist der Aufbau des Potentiometers 10 gezeigt.
Der Deckel 11 bildet einen im wesentlichen zylinderförmigen inneren Hohlraum 17.
Die Bodenplatte ist vorzugsweise aus einem plastischen Werkstoff gegossen, beispielsweise
aus Phenolharz. An der Bodenplatte 12 ist ein Ringflansch 18 mit einem Absatz 19
angeformt, dessen Außendurchmesser kleiner als der der Bodenplatte ist und mit dem
Innendurchmesser des Deckels 11 übereinstimmt.
Die Fugen zwischen
dem Deckel und dem Ringflansch sind staub- und feuchtigkeitsdicht, beispielsweise
durch Zement miteinander verbunden. Auf dem Absatz 19 ist ein Widerstandselement
20 angeordnet, das in bekannter Weise aus auf einem ringförmigen Kern mit Kreisquerschnitt
aufgewickelten Widerstandsdraht besteht. Es kann aber auch ein Schichtwiderstand
oder ein anderer Widerstand vorgesehen sein.
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Das eine Ende des Widerstandselementes 20 ist mit dem sich durch die
Bodenplatte 12 hindurcherstreckenden Leiter 15 durch eine Verbindungsleitung 21
durch Löten, Schweißen od. ä. verbunden. Der Leiter 14 ist mit dem anderen Ende
des Widerstandselementes 20 in ähnlicher Weise durch eine Verbindungsleitung 21
a verbunden.
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Die Leiter 14 und 15 erstrecken sich durch die Bodenplatte 12 und
sind so gebogen, daß sie in Ausnehmungen 14 a und 15 a zu liegen kommen.
Dadurch wird eine größere Oberfläche zum Befestigen der Verbindungsleitungen 21
und 21 a gebildet und der Zusammenbau des Potentiometers erleichtert. Außerdem werden
dadurch die Leiter fester verankert.
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Der Leiter 13 ist zwischen seinen Endpunkten gebogen und bildet somit
einen im wesentlichen waagrechten Abschnitt, der in eine Ausnehmung 13 a in der
Bodenplatte 12 zu liegen kommt. Eine solche Ausführung bietet eine größere Starrheit
für den Leiter 13. Die beiden Enden des Leiters 13 treten an je einer Seite der
Bodenplatte 12 aus, so daß ein Ende nach außen und das andere in den Hohlraum 17
ragt.
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Das innere Ende des Leiters 13 ist in der Mitte der Bodenplatte 12
angeordnet. Die Leiter 13,14 und 15 sind in der Bodenplatte 12 eingegossen. Vorzugsweise
werden diese Leiter jedoch durch Öffnungen an Ort und Stelle gehalten, die beim
Gießen für diesen Zweck in der Bodenplatte 12 gebildet werden. Jedenfalls ist der
Leiter 13 fest angeordnet und bildet gemäß der Erfindung ein Lager für den darauf
angeordneten Rotor 22.
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Der Rotor 22 besteht vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen
Werkstoff, z. B. aus Tetrafluoräthylen, Polytrifluormonochloräthylen, einem keramischen
Material od. dgl. Der Rotor 22 ist mit einer sich in seiner Längsrichtung erstreckenden
axialen Bohrung versehen, die sich über einen Teil seiner Länge erstreckt. Die Bohrung
nimmt das innere Ende des Leiters 13 auf. Der Rotor 22 kann sich auf dem Leiter
13 drehen.
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In dem Rotor 22 ist ein quer verlaufender Schlitz 23 vorgesehen, der
die axiale Bohrung durchsetzt. In dem Schlitz 23 ist das Ende 24 eines Schleifers
25 angeordnet, dessen entgegengesetztes Ende 26 auf der Oberfläche des Widerstandselementes
20 schleift. An dem Ende 24 des Schleifers 25 ist eine Ausprägung als Versteifung
27 vorgesehen, welche die mechanische Festigkeit erhöht und einen besseren Sitz
des Schleifers 25 innerhalb des Schlitzes 23 des Rotors 22 gestattet. Der Schleifer
25 ist vorzugsweise aus einem Edelmetall, beispielsweise einer Platin-Legierung
od. ä. hergestellt und wird aus einem streifenförmigen Werkstoff zusammen mit der
Versteifung 27 und dem als Schleifkontakt ausgebildeten Ende gestanzt.
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Der Rotorkopf 28 weist einen Flansch 31 mit einer darin gebildeten
Ausnehmung 32 auf, in der ein vorzugsweise aus einem Silikonmaterial hergestellter
O-Ring 33 angeordnet ist, der eine staub- und feuchtigkeitsdichte Abdichtung zwischen
dem Deckel 11
und dem Hohlraum 17 bildet. Innerhalb des Rotorkopfes 28 ist
eine Ausnehmung 34 zur Aufnahme des oberen Teiles des Rotors 22 im Paßsitz oder
als Einsatzguß od. dgl. gebildet. Der Rotorkopf 27 kann aus Metall, beispielsweise
rostfreiem Stahl, hergestellt sein, aber auch aus einem elektrisch nicht leitenden
Werkstoff, z. B. Nylon od. dgl. Der Rotor 22 und der Rotorkopf 28 können auch einstückig
hergestellt sein.
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Beim Zusammenbau des Potentiometers nach den F i g. 2 und 3 wird das
Widerstandselement 20 auf den Absatz 19 der Bodenplatte 12 mit den darin angeordneten
Leitern 13,14,15 gelegt, und die Verbindungsleitungen 21 und 21 a werden mit den
Leitern 15 bzw. 14 verbunden. Der Schleifer 25 wird in den Schlitz 23 eingesetzt
und dann der Rotor 22 über den sich nach innen erstreckenden Teil des Leiters 13
gedrückt. Während des Aufdrückens des Rotors auf den Leiter 13 berührt der Leiter
das Ende 24 des Schleifers 25 und drückt es in seine Stellung, wie es in der F i
g. 3 gezeigt ist, d. h., das Ende 24 des Schleifers 25 wird eingedrückt und gleicht
sich der Wandung der axialen Bohrung an. Auf diese Weise ist der Schleifer fest
zwischen dem Leiter 13 und der Wandung der axialen Bohrung geklemmt. Gleichzeitig
ist zwischen dem Schleifer 25 und dem Leiter 13 auch zwangläufig eine elektrische
Verbindung hergestellt. Wahlweise kann das Ende 24 des Schleifers 25 mit einer leichten
Einprägung 27 versehen sein. Diese Einprägung paßt genau in die in dem Rotor 22
gebildeten axiale Bohrung. In jedem Falle ist der Schleifer so angeordnet, daß zwischen
dem Leiter 13 und dem Rotor 22 zwangläufig ein mechanisches Verklemmen und eine
gute elektrische Verbindung hergestellt ist. Nachdem der Rotor 22 in seine Lage
gedrückt ist, kann er so angeordnet werden, daß der Schleifer das Widerstandselement
20 in der gewünschten Stellung gleitend berührt. Der O-Ring 33 wird dann eingelegt
und der Deckel 11 wird über den Ringflansch 18 gedrückt und festgekittet,
so daß ein staub- und feuchtigkeitssicheres abgedichtetes Gehäuse gebildet ist.
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Das abgedichtete Gehäuse gestattet es, daß ein Potentiometer gemäß
der Erfindung vollständig dem Einfluß seiner Umgebung ausgesetzt werden kann, ohne
daß eine schädliche Einwirkung von außen her zu befürchten ist.
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Gegebenenfalls kann der innere Hohlraum des Potentiometers wenigstens
teilweise mit einer viskosen Flüssigkeit, z. B. mit einem Silikonschmiermittel,
gefüllt werden. Die Flüssigkeit sucht Schwingungen zu dämpfen, die in der Kontaktgabe
des Schleifers mit dem Widerstandselement auftreten können, wenn das Potentiometer
großen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Die Flüssigkeit nimmt auch den Abrieb auf,
der im Lauf der Zeit entsteht und der anderenfalls die Wirkungsweise des Potentiometers
stören könnte. Zusätzlich stellt das Silikonmittel ein ausgezeichnetes Schmiermittel
sowie ein Mittel zum Absenken der Temperatur dar, was die Wirkungsweise und die
Kennlinien des Potentiometers verbessert.
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Gegebenenfalls kann das Potentiometer einen Anschlag besitzen, der
z. B. aus einer Verlängerung 35 der gegossenen Bodenplatte 12 besteht und sich von
dem Ringflansch 18 wegerstreckt, so daß durch einen
. Voxsprung
36 am Rotorkopf 2$ dieser am Weiterdrehen gehindert ist. Der Anschlag kann
auch aus anderen bekannten Mitteln bestehen, wie z. B. aus einer. Innenverzahnung
des Deckels 11 und aus einem exzentrischen Rotorkopf od. dgl.
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Während das- Potentiömeter in der Zeichnung im vergrößerten Maßstab
dargestellt ist, entspricht seine ..Größe in Wirklichkeit der Größe eines Standardtransistors.
Das.Gehäuse hat z. B. einen Durchmesser von etwa -9 mm und eine Höhe von 7 mm sowie
ein
Gewicht von etwa 1 g. Dabei kann das Potentiometer einen Gesamtwiderstand
von 50 KS2 haben und. bei einer Raumtemperatur von 70° C mit 1 Watt belastet werden.
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. Für größere Belastungen kann die Bodenplatte aus einem Material
besserer Wärmeleitfähigkeit _ hergestelltsein, z. B. aus Aluminium. Dann wird zwischen
dem Widerstandselement und der Bodenplatte eine sehr dünne Isolierschicht,, z. B.
eloxiertes Aluminium od. dgl. angeordnet. Jeder der sich durch die Bodenplatte erstreckenden
elektrischen Leiter wird dann in ähnlicher Weise von Isolierstoff umgeben, der nach
bekannten Verfahren mit dem Metallkörper verbünden ist, uni eine -Dichtung zwischen
den -Leitern und, der Bodenplatte zubilden und diese trotzdem von den elektrischen'
Verbindungen, isoliert `zu halten. Bei Verwendung. einer solchen:- Bödenpldtte kann
das Potentiometer bei einer Raumtemperatur von 70°C mit 2 Watt belastet werden.