DE3342492A1 - Lineares potentiometer sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung "bezieht sich auf ein lineares Potentiometer sowie auf ein Verfahren zu seiner Fersteilung. Ein derartiges lineares Potentiometer ist insbesondere zur Verwendung als Positionsmeßfühler geeignet.

Positionsmeßfuhler in Form von Potentiometern werden seit langer Zeit verwendet. Ein Beispiel für einen derartigen Positionsmeßfühler ist in der US-PS 4 284· 969 beschrieben. Bei diesen bekannten Potentiometern ist typischerweise ein Schieber mit einer Kontaktvorrichtung vorgesehen, die mit einer Widerstandsbahn und einer Leiterbahn in Eingriff stehen. Eine Änderung der Aus gangs spannung hängt von einer Änderung der Schieberposition gegenüber diesen Bahnen ab. In jedem Fall wirkt das Potentiometer als mechanischer Wandler, der eine Änderung der Ausgangsspannung als Funktion einer Änderung der Schieberposition hervorruft. Damit rufen eine mechanische

Einrichtung sowie deren Betätigung eine sich ändernde Ausgang3spannung hervor. Die verschiedenen "bekannten Ausführung sformen derartiger linearer Potentiometer erfüllten zwsx in gewisser Hinsicht die an sie gestellten Forderungen, weisen jedoch gewisse Nachteile auf, wie "beispie lsweise eire unzureichende Genauigkeit der Widerstandsbahn. Bei den bekannten Konstruktionen wurde die kritische Rolle der Widerstandsbahn übersehen und es ergaben sich Widerstandsbahnen mit nicht gleichförmigem Querschnitt und Umriß, so daß es sehr schwierig war, die Schieb^rposition und eine Änderung der Schieberposition zu einer Änderung der Potentiometer-Ausgangsspannung in Beziehung zu setzen. Wenn die Änderung der Schieberposition zn einer Änderung der Ausgangsspannung.in Beziehung gesetzt wird und die Widerstandsbahn sich mit ihrem Widerstandswert entlang ihrer Länge ändert, wenn sie mit dem Scbleiferbauteil des Schiebers in Eingriff kommt, so ergibt sich eine ungleichförmige Änderung der Ausgangsspannung, bezogen auf eine Änderung der Schieberposition. Weiterhin ist es äußerst wünschenswert, unterschiedliche Potentiometer-Meßfühler mit unterschiedlicher Empfindlichkeit schaffen zu können, d. h. für einen vorgegebenen Bereich der linearen Bewegung der'Kontaktvorrichtung und des Widerstandes sollte eine konstante Änderungsrate der Spannung hervorgerufen werden, wobei jedoch die Neigung der Änderungsrate eine Frage von konstruktiven Variablen sein sollte. Dem Konstrukteur sollte ein Meßfühler zur Verfügung stehen, bei dem der Bereich der Potentiometermeßfühler-Bewegung veränderlich ist. In den meisten Fällen erfordert eine Änderung der wirksamen Bewegungslänge des Schiebers jedoch eine Änderung der Länge des Gehäuses. Diese Änderungen erfordern die

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Herstellung neuer Werkzeuge, was unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde» ein Verfahren zur Herstellung eines linearen Potentiometers zu schaffen, bei dem es mit einem einzigen Werkzeugsatz möglich ist, den wirksamen Bewegungsbereich des Schiebers und die Empfindlichkeit des Potentiometers zu ändern, wobei gleichzeitig dazu eine "bei Meßinstrumenten übliche Genauigkeit hinsichtlich des Ansprechverhaltens auf Positionsänderungen erreicht werden soll, so daß eine Positionsänderung einer linearen Änderung der Ausgangsspannung entspricht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 11 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, den wirksamen Bewegungsbereich des Schiebers und die Empfindlichkeit des Potentiometers ohne die Herstellung neuer Werkzeuge zu ändern, wobei sich gleichzeitig eine Genauigkeit der Abhängigkeit der Ausgangsspannung ■von der Position ergibt, die einer Meßinstrumentengenauigkeit entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sehr einfache Herstellung eines linearen Potentiometer-Meßfühlers, wobei die Widerstandsbahn des Potentiometers auf einem elektrisch inerten Substrat aufgebracht und mit Hilfe eines Laserstrahls geformt und zugeschnitten wird. Auf diese Weise wird eine genaue Form der Widerstandsbahn mit gleichförmigem Querschnitt

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erzielt» Der Potentiometer-Meßfühler kann iireiterhin in beliebigen Längen und damit Bewegungslängen hergestellt werden.

Das elektrische Element des Potentiometers kann vorzugsweise aus einem flexiblen Substrat, wie beispielsweise Kapton oder dergleichen, bestehen, das mit einer gleichförmigen Beschichtung aus Widerstandsmaterial überzogen ist, die mit Hilfe des Laserstrahls entsprechend geformt wird _o

Das erfindungsgemäße lineare Potentiometer weist vorzugsweise ein Gehäuse aus stranggepreßtem Aluminium auf, das mit veränderlicher Länge geliefert und auf genaue Abmessungen zugeschnitten wird. Die aktiven Elemente des Potentiometers sind aus dem elektrisch inerten Substrat ausgebildet. Das Substrat kann, wie bereits angegeben, beispielsweise aus Kapton bestehen. Dieses Kapton-Substrat wird gleichförmig mit einem Widerstandsmaterial beschichtet, wobei diese Beschichtung durch Matenalzer-

(iiuer rod application)
stäubung aufgebracht wird,und nach der Aufbringung dieser gleichförmigen Beschichtung wird ein Laserstrahl auf die unbeschichtete Seite des Substrats gerichtet, um geradlinige Pfade auszubrennen und die Oberfläche der Widerst&ndsschicht in zwei elektrisch isolierte Bahnen zu trennen, von denen eine die Widerstandsbahn und die Rückführungsbahn bildet, während die zweite Bahn einen Kollektor bildet. Nachdem diese beiden "Inseln" geformt wurden, können leitende Teile mit Hilfe des Siebdruckverfahrens aufgebracht werden, um den elektrischen Anschluß der Widerstandsbahn an einer Anschlußklemme zu ermöglichen, um die Kollektorbahn mit sehr niedrigem Widerstandswert

auszubilden und um eine Verbindung der Kollektorbahn mit einem Ausgangsanschluß herzustellen, wobei gleichzeitig eine einen niedrigen Widerstandswert aufweisende elektrische Bahn als Rückführungsbahn zum Anschluß an einen Ausgangsanschluß hergestellt wird. Alternativ können die leitenden Teile vor dem Zuschneiden der einzelnen Bahnen mit Hilfe des Laserstrahls aufgebracht werden.

Das Substrat mit den elektrisch isolierten "Inseln" wird in Längsrichtung in ein Gehäuse mit geringerer Breite als das Substrat derart eingeführt, daß die Kanten des Substrats sich nach oben entlang der Innen-Seitenwände des Gehäuses krümmen und von in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen des Gehäuses erfaßt werden. Durch die Kraft, die von den aufgebogenen gekrümmten Kanten hervorgerufen wird, wird der mittlere Teil des Kapton-Elementes flach gegen die innere Grundfläche des Gehäuses gedrückt. Das Gehäuse ist mit Ausnahme seiner Enden geschlossen. Ein Schieber ist in dem Gehäuse angeordnet und weist eine Kontaktvorrichtung auf, die mit den Widerstands- und Kollektorbahnen in Eingriff steht, so da3 die Position der Kontaktvorrichtung die Ausgangsspannung des linearen Positionsmeßfühler-Potentiometers bestimmt. Eine Feder kann dazu verwendet werden, den Schieber in die Ausgangsstellung zurückzuführen, wenn eine Vorspannkraft, die den Schieber verschiebt, beseitigt wird.

Die Enden des Gehäuses sind durch ein erstes Verschlußteil, das Anschlüsse einschließt, und ein weiteres Verschlußteil verschlossen, das eine Gleitlagerung für eine von außen betätigte Stange bildet, die betriebsmäßig mit dem Schieber verbunden ist.

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Eines der wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Kapton-Substrat flexibel ist und daß Änderungen seiner Breite sowie der Breite des Gehäuses in einfacher Weise dadurch kompensiert werden, daß die Kanten des Substrats ausgehend von einer ebenen Position auf die aufgebogenen Positionen gebogen werden, wenn sie in die längsverlaufenden inneren Schlitze des Gehäuses eingesetzt werden. Der Hauptteil des Substrats, der den die Bahnen tragenden Mittelteil bildet, liegt eben gegen die gegenüberliegende innere ebene Oberfläche des Gehäuses an» Änderungen der Breite des Substrats und des Gehäuses werden in einfacher Weise entweder durch einen großen oder einen kleinen Radius der hochgebogenen Substratseitenkanten aufgenommen, die mit festem Sitz an den Längssohlitζen aufgenommen werden. Daher kann das Potentiometer trotz seiner hohen Genauigkeit der elektrischen Funktionen aus Bauteilen aufgebaut werden, die hinsichtlich ihrer Abmessung nicht kritisch sind, mit Ausnahme des extrem wesentlichen Merkmals, daß eine äußerst gleichförmige Widerstandsbahn mit gleichförmiger Stärke vorgesehen ist, die auf genau festgelegte Abmessungen zugeschnitten ist.

Anstelle einer mechanischen Betätigung kann das Potentiometer mit abgedichteten Enden versehen sein und der Schieber kann magnetisch durch die Seitenwände des Gehäuses hiEdurch mit einer magnetischen Schieberbetätigungsvorrichtung gekoppelt sein, die sich in Längsrichtung auf dem Geliäuse bewegt, wobei das Gehäuse als Träger für die magnetische Schieberbetätigungsvorrichtung dient. Alle diese vorstehend beschriebenen Funktionen tragen zur leichten Änderbarkeit der Auslegung und Konstruktion des

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Potentiometers "bei und sie ergeben einen erheblichen Bereich der Spannungsabhängigkeit und beseitigen die Notwendigkeit der Herstellung neuer Werkzeuge bei Änderungen, wobei sich gleichzeitig eine Genauig?seit der Ausgangsspannung ergibt, die einer Meßinstmimentengenauigkeit entspricht und genau PositionsänderuMgen des Schiebers wiedergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Potentiometers ergibt weiterhin erhebliche Einsparungen bei der Konstruktion und bei der Anwendbarkeit des Potentiometers.

Die Erfindung wird im folgenden anhand vcn in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert .

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des linearen Potentiometers, wobei die einzelnen Bauteile des Potentiometers erkennbar sind,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht entlang der längsverlaufenden Hittellinie der Ausführungsform des Potentiometers,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang de:.' Linien 3-3 nach Fig. 2, aus der eine Abmessung des Kapton-Substrats zu erkennen ist,

Fig. 4· die gleiche Schnittansicht wie in Fig. 3? wobei jedoch das Kapton-Substrat eine geringere Breite aufweist als in Fig. 3i

Fig. 5» 6 und 7 aufeinanderfolgende Ansichten, die zeigen, wie das Substrat in Fig. 5 zunächst mit einer gleichförmigen Beschichtung aus Widerstandsmaterial durch ein Sprühauftragsverfahren beschichtet wird, worauf gemäß Fig. 6 der Beginn des Zuschneidens der "Inseln" folgt, die elektrisch voneinander durch das Substrat isoliert sind und durch lineares "Fortbrennen" des Widerstandsmaterials mit Hilfe eines Laserstrahls erzeugt werden, wobei Fig. 7 den fertigen Zuschnitt der "Inseln" nach dem Aufbringen von im Siebdruckverfahren hergestellten leitenden Bahnen für die Widerstandsbahn, die Kollektorbahn bzw. die Rückführungsbahn zeigt,

Fig. 8 eine Längsschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Potentiometers, wobei die magnetischen Polaritäten eines Mehrpol-Schiebers gezeigt sind, der mit Hilfe einer magnetischen Mehrpol-Betätigungseinrichtung verschiebbar ist, die auf dem Gehäuse befestigt ist und in Längsrichtung entlang des Gehäuses beweglich ist, während sie über das Gehäuse magnetisch mit dem Schieber gekoppelt ist,

Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie 9-9 nach Fig. 8.

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In den Fig. 1 bis 4 ist eine Aus führungsform des Potentiometers mit einem Gehäuse 10 dargestellt, das eine Grundfläche 12, Seitenwände 14 und 16 und eine obere Wand 18 aufweist. Das Gehäuse bildet eine Umhüllung an vier Seiten, wobei die Enden 20 und 22 offen sind. Innerhalb der Gehäuseseitenwände sind zwei Rippen 24 und 26 ausgebildet, die Schlitze 28 und 29 bilden, die sich über die Länge des Gehäuses erstrecken. Das aktivt. Element des Potentiometers ist allgemein mit der Bezugsziffer J>0 bezeichnet und besteht aus einem Kapton-Substrat 32, das elektrisch inert ist und auf seiner Oberfläche eine gleichförmige Beschichtung 34 (Fig. 5 bis 7) aus Widerstandsmaterial aufweist, das durch Zerstäubungssprühverfahren aufgebracht wurde. Die Eigenschaften dieser Beschichtung 34 bestehen in einer Gleichförmigkeit der Dicke von einem Ende des Substrats zum anderen und von Seite zu Seite. Dies stellt ein wesentlicii.es Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, wie dies noch näher erläutert wird. IT ach dem Aufbringen der gleichförmigen Beschichtung 34 auf das Substrat und nach dem Aufbringen von leitenden Beschichtungen auf Teile dieser Widerstan'Ismaterialbeschichtung wird die Widerstandsbeschichtung 34 mit Hilfe eines Laserstrahls zugeschnitten, wobei ein Laserstrahl 38 gegen die unbeschichtete Seite 40 des Substrats 32 gerichtet wird, um geradlinige linienförmige Abschnitte fortzubrennen, wobei in· der Wei&e begonnen wird, die durch die Bezugsziffer 44 nach Fig. 6 bezeichnet ist. Die endgültigen Zuschnittlinien 45 sind in Fig. 7 gezeigt.

Aus Fig. 7 ist zu erkennen, daß der Laserstrahl zwei kontinuierliche Linien 45 durchläuft, deren Wirkung darin

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besteht, daß die Widerstan.dsbeschicb.tung 34 in zwei getrennt-s "Inseln" unterteilt wird, die voneinander durch das durchsichtige Kapton-Substrat isoliert sind. Eine dieser zugeschnittenen Inseln bildet die Widerstandsbahn 48 und die Eückführungsbahn 55? während die zweite einen Kollektor 51 bildet. Weil der Laser 36 eine Insel mit genauer !Form herstellen kann, ist zu erkennen, daß die die Widers^andsbahn 4-8 bildende Insel sehr genaue Abmessungen aufweist, d. h. die Breite dieser Widerstandsbahn ist sorgfältig bemessen und präzise festgelegt, was zusammen mit der gleichförmigen Stärke der Beschichtung eine Widerstandsänderung hervorruft, die linear auf die Position einer Kontaktvorrichtung bezogen ist, die in Gleitberührung mit der Widerstandsbahn steht (Fig. 2).

Eine Leiterbahn 57 mit einem Bahnende 58 wird mit Hilfe eines Sxebdruckverfahrens auf die Widerstandsbahn 48 aufgebracht und elektrisch mit einem Anschluß 62 in einer Endkappe 60 (Fig. 1) verbunden. Das Ende 31 des Widerstandselementes 30 ist nach oben umgebogen und paßt in eine Ausnehmung 66 der Endkappe 62 (Fig. 1). Eine durch Siebdruckverfahren aufgebrachte Leiterbahnbeschichtung 50 ergibt eine im wesentlichen widerstandsfreie leitende Bahn, die die Kollektorbahn 51 bildet, und das Bahnende 53 ist elektrisch mit einem Anschluß 68 in der Endkappe 60 verbunden. Eine im Siebdruckverfahren aufgebrachte Leiterbahn 55 bildet die Rückführungsbahn, und ein Bahnende 56 ist mit einem Anschluß 70 in der Endkappe 60 verbunden. Diese leitenden Beschichtungen können auf die gleichförmige Widerstandsmaterialbeschichtung 34 entweder vor oder nach dem Zuschneiden der Form mit Hilfe des Laserstrahls aufgebracht werden, wie dies weiter oben

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"beschrieben wurde. Es ist vorzugsweise vorgesehen, daß die leitenden Beschichtungen vor dem Zuschneiden mit Hilfe des Laserstrahls auf die gleichförmige Widerstandsmaterialbeschichtung 34- aufgebracht werden, so daß kein weiteres Drucken nach dem Zuschneiden mit Hilfe des Laserstrahls erforderlich ist.

Von den beiden beschriebenen "Inseln" stehen die Widerstandsbahn 48 und die Kollektorbahn 51 mit einer Kontaktvorrichtung 77 (Fig. 2) in Eingriff, die an der unteren Oberfläche 78 eines Schiebers 76 befestigt ist.

Der Schieber 76 weist zwei längsverlaufende Befestigungsschlitze 80, 82 auf, in die damit zusammenwirkende Rippen 84-, 86 des Gehäuses 10 eingesetzt sind, um eine freie Gleitbewegung des Schiebers zu erzielen (siehe Fig. 1).

Ein Ende 20 des Gehäuses 10 ist durch eint? Endkappe 90 verschlossen, die einen Befestigungsvorsprung 92 aufweist, der in das offene Ende 20 eingesetzt ist, wobei Hüten 94- die Rippen 84-, 86 umgreifen. Der Außenumfang des Vorsprungs 92 ist mit Preßsitz in das Innere des offenen Endes 20 eingepaßt, bis die Schulter 96 das Ende 20 umschließt. Innerhalb der Endkappe 90 ist eine abgestufte Ausnehmung 100 (Fig. 2) ausgebildet, die sine große Endwindung 102 einer Zugfeder 104 festhält, von der eine kleinere oder in ihrem Durchmesser verringerte Endwindung 108 über das konische Ende 117 einer Welle 116 aufgeschoben ist und von dieser festgehalten wird. Die Welle 116 ist in einem Lager 120 gelagert, das in der Endausnehmung 100 angeordnet ist. Das einen verringerten Durchmesser aufweisende Ende 119 der Welle 116 ist in eine öffnung 79

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des Schiebers 76 eingepaßt, so daß der Schieber zusammen mit seiner Kontaktvorrichtung 77 nach rechts gemäß Pig. 2 dadurch verschoben werden kann, daß die Welle 116 nach rechte gedrückt wird, wobei die Feder 104 gedehnt wird. Es hat. sich herausgestellt, daß eine Zugfeder bessere Eigenschaften als eine Druckfeder aufweist, weil die Belastung der Feder durch eine Zugbeanspruchung ein Knicken der Windungen vermeidet, wie es üblicherweise bei einer Druckfeder auftritt, die über einen langen Weg zusammengedrückt wird. Zusätzlich erzeugt eine Druckfeder unter Belastung seitlich oder quer gerichtete Kräfte auf den Schieber, wodurch dessen Bewegung behindert wird. Bei Verwendung einer Zugfeder wird der Schieber vorwärts bewegt, ohne daß irgendwelche Querkräfte auf den Schieber ausgeübt werden, und es wird kein seitlich gerichteter Verformungsfaktor eingeführt, so daß Seitenlastkräfte auf die Lager weitgehend verringert werden.

Anstelle der mechanischen Vor- und Zurückbewegung des Schiebers 60 ist es möglich, die Enden 20 und 22 des Gehäuses abgedichtet zu verschließen, wobei der Schieber magnetisch mit einer mehrpoligen Betätigungsvorrichtung 134- (Fig· 8 und 9) gekoppelt ist, die an dem Gehäuse 10 befestigt ist. Wenn die magnetische Betätigungsvorrichtung 134- mit dem Mehrpolmagnet 135 auf dem als Führungsbahn für die magnetische Betätigungsvorrichtung dienenden Gehäuse (siehe Fig. 8) nach rechts und links bewegt wird, so wix'd eine gleichzeitige Bewegung des mit der magnetischen Betätigungsvorrichtung 134- magnetisch gekoppelten Schiebers 176 hervorgerufen, der ebenfalls einen Mehrpolmagnet 177 aufweist, so daß sich die gleichen funktionellen Ergebnisse wie in dem Fall ergeben, in dem der

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Schieber 76 mechanisch in der vorstehend beschriebenen Weise mit der Stange oder Welle 116 gekoppelt ist.

Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung des vorstehend beschriebenen Potentiometers erläutert.

Das Gehäuse 10 wird aus einem stranggepreßten Aluminium-Rohmaterial mit beliebiger gewünschter Lärige hergestellt, wie dies durch gestrichelte Linien 15 in Fig. 1 dargestellt ist, wobei dieses Rohmaterial auf nine gewünschte Länge abgeschnitten werden kann, ohne daß es bei einer Änderung der Länge des Gehäuses erforderlich ist, andere Werkzeuge oder Befestigungsvorrichtungen au verwenden. Es ist weiterhin verständlich, daß das Gehäuse aus anderen Materialien, wie beispielsweise Kunststoff, bestehen kann. Weiterhin kann der Widerstandsbereich einfach dadurch geändert werden, daß die Länge oder der volumetrische Widerstand der gleichförmigen Beschichtung 3^· aus Widerstandsmaterial 32 geändert wird, wodurch die Empfindlichkeit des Meßfühlers geändert wird.

Der Meßfühler weist einen hohen Genauigkeitsgrad auf, weil selbst bei einer Änderung der Eingangsspannung die Änderung der Ausgangsspannung, die den gesessenen Parameter darstellt, eine Funktion der Änderung der Position der Kontaktvorrichtung 77 auf der Widerstandsbahn 4-8 ist. Entlang der Bewegungsbahn der Kontaktvorrichtung 77 besteht praktisch keine Änderung der Dickenabmessung des Widerstandsfilms 34· Die Breite der Widerstandsbahn 48 ist über die gesamte Bahnlänge gleich, so daß die Änderung der Spannung immer proportional zur Änderung der Position der Kontaktvorrichtung gegenüber der

Widerstandsbahn 48 ist. Dies wird aufgrund der Genauigkeit "bei der Herstellung des Umrisses für die Widerstandsbahn ex-reicht und weiterhin aufgrund der bemerkenswert gleichförmigen Dicke des Widerstandsmaterials, die die Widerstandsbahn bildet» Die Änderung der Ausgangsspannung ist trotz der Tatsache, daß das Potentiometer in dieser einfachen Weise mit unterschiedlicher Größe herstellbar ist, von Meßinstrumentenqualität«

Die Eigenschaftens die zu dieser hohen Genauigkeit beitragen und die Erzielung dieser Genauigkeit in der Serienproduktion ermöglichen, ergehen sich aus der Verwendung des flexiblen elektrisch inerten Substrats in Form von Kapton und der Verwendung einer anfänglichen Widerstandsbeschichtung, die mit Hilfe eines Sprühzerstäubungsverfahrens in der in Fig. 5 gezeigten Weise aufgebracht wird, worauf die genaue Form der Widerstandsbahn, der Kollektorbahn und der Rückführungsbahn nachfolgend durch einen Laserstrahl festgelegt wird. Der Zusammenbau des Potentiometers wird ebenfalls erleichtert, weil die flexible Kapton-Teilbeschichtung entweder durch Walzenoinrichtungen oder durch andere Einrichtungen in ihre Position gezogen wird und weil irgendeine Änderung der Substrat- und Gehäusebreiten gemäß den Fig. 3 "und 4-ohne weiteres dadurch aufgenommen wird, daß sich die Kanten des Substrats entweder entlang eines kleinen Durchmessers gemäß Fig. 3 oder entlang eines größeren Radius krümmen, wenn das Kapton-Substrat eine geringere Breite aufweist, wie dies in Fig. 4- gezeigt ist. In jedem Fall werden die Kanten des Kapton-Substrats nach oben gekrümmt und in Schlitzen 28, 29 festgehalten, die an den Seitenwänden des Gehäuses 10 ausgebildet sind.

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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Mittelteil des Kapton-Substrats 32 unabhängig von Breitenänderungen immer flach gegen die innere Oberfläche 13 der Bodenwand 12 anliegt, wie dies in den Fig. 3 und 4- gezeigt ist, weil die umgebogenen Kanten den Mittelteil in diesen Eingriff vorspannen. Sobald das Kapton-Substrat zusammen mit seinen aktiven wirksamen Oberflächen in diesem ebenen Zustand angeordnet ist, kann die Kontaktvorrichtung einen eindeutigen und ebenen Oberflächen-Oberflächen-Kontakt herstellen.

Im folgenden wird die Betriebsweise des.vorstehend beschriebenen Potentiometers erläutert.

Im Betrieb wird die Welle oder der Stab 1';5 nach rechts (Fig. 2) bewegt, wodurch die Feder 104- geiehnt und der Schieber 76 nach rechts bewegt wird. Hierbei bewegt sich die Kontaktvorrichtung 77 entlang der Oberflächen der Widerstandsbahn 48 und der Kollektorbahn 51· Eine derartige Positionsänderung ruft eine Änderung der Ausgangsspannung hervor, wobei diese Spannungsänderung in linearer Weise erfolgt. Das heißt, daß die Änderung der Spannung als Funktion einer Änderung der Position eine lineare Beziehung darstellt, die immer proportional ist. Die Spannungsänderung kann entlang einer geradlinigen Bahn mit einer steilen Neigung verlaufen, was eine vergrößerte Empfindlichkeit bedeutet. Weiterhin kann sich die Änderungsrate über eine kurze Hublänge oder über eine erhebliche Hublänge für die Welle 116 und den daran befestigten Schieber erstrecken, und zwar in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung.

BAD ORSQfNAL

In jedem Fall ermöglicht das erfindiangsgemäße Herstellungsverfahren in Verbindung mit der leichten Änderbarkeit der Länge des stranggepreßten Aluminiumgehäuses eine ifenig aufwendige Herstellung eines Meßfühler-Potentiometers, das leicht an spezielle Konstruktionen und Anwendungen anpaßbar ist und eine Genauigkeit aufweist, die einer ileßinstrumentenqualität entspricht.

Claims (1)

1. Patentanwälte Dipl.-lng. Curt Wallach

   Europäische Patentvertreter Dipl.-lng. Günther Koch

   European Patent Attorneys Dipl.-Pbys. Dr.Tino Haibach

   Dipl.-lng. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 30 78 · Telex 5 29 513 wakai d

   Datum: November 24, 1983

   CTS CORPORATION, Unser Zeichen. 17 779

   Elkhart, Indiana 46514/USA

   Patentanspruch e

   ■'■iß f1. Verfahren zur Herstellung eines Potectiometers,

   gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

   (1) Ausbildung einer gleichförmigen Viderstandsmaterialbeschichtung auf der Oberfläche eines flexiblen elektrisch inerten Substrats,

   (2) Zuschneiden und Auftrennen der gleichförmigen Beschichtung zur Erzeugung elektrischer Elemente, wie beispielsweise eines Kollektorelementes und eines Widerstandselementes, die jeweils durch das Substrat voneinander isoliert sind,

   (3) Anordnung -von leitenden Bahnen auf dem Widerstandsmaterial vor oder nach dem Schritt des Zuschneidens und Auftrennens,

   (4-) Einsetzen des Substrates in ein G-ehäuse,

   (5) verschiebbare Befestigung von Schiebereinrichtungen in dem Gehäuse, wobei die Schiebereinrichtungen Kontaktvorrichtungen aufweisen, die in Gleiteingriff mit bestimmten der Elemente stehen, und

   BAD ORIQIiNlAL

   (6) Umwandlung der Bewegungen der Schiebereinrichtungeii in eine sich ändernde Ausgangsspannung, die ^u der Änderung der Position der Schiebereinrichtrungen gegenüber dem Widerstandselement in Beziehung steht.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichn e ■£ durch den Schritt der Befestigung elastischer Einrichtungen an den Schiebereinrichtungen und an einem nicht beweglichen Bauteil, das gegenüber dem Gehäuse festgelegt ist, und der Bewegung der Schiebeeinrichtungen durch eine Welle, die von außerhalb des Gehäuses betätigbar ist.

   3· Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Einschiebens des flexiblen elektrisch inerten Substrats mit den darauf angeordneten zugeschnittenen elektrischen Elementen und leitenden Bahnen in das Gehäuse derart, daß die gegenüberliegenden Kanten des Substrats in Querrichtung gegenüber dem Mittelteil des Substrates gekrümmt werden, wobei der Mittelteil des Substrats eben gegen eine innere Grundfläche des Gehäuses anliegt, und des Festlegens der gekrümmten gegenüberliegenden Kanten des Substrats in sich in Längsrichtung erstreckenden Gehauseschlitzen, die sich über die Länge des Gehäuses erstrecken und auf Innenwänden des Gehäuses angeordnet sind.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß das

   BAD ORIGINAL

   Zuschneiden und Auftrennen der Widerstandsmaterialbeschichtung dadurch durchgeführt wird, daß ein Laserstrahl auf die unbeschichtete Seite des Substrats gerichtet wird, um Widerstandsmaterial entlang der Bewegungsbahn des Laserstrahls au entfernen, wodurch eine elektrische Isolation der elektrischen Elemente erreicht wird, die auf der beschichteten Oberfläche des Substrats angeordnet 3ind.

   5. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Schritte des Verschließens der jeweiligen Enden des Gehäuses irit ersten Endverschlußeinrichtungen, die Lagereinrichtungen für die Welle bilden, und zweiten Endverschlußeinrichtungen, die gegenüberliegend zu den ersten Endverschlußeinrichtungen angeordnet sind und Anschlüsse aufweisen, die mit den jeweiligen leitenden Bahnen verbunden sind, um eine elektrische Verbindung mit den jeweiligen elektrischen Elementen herzustellen.

   6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer mit unterschiedlicher Länge und unterschiedlichen Widerstandsbereichen dadurch hergestellt wird, daß ausgewählte Längen des Gehäuses und des Substrats zugeschnitten und der volumetrische Widerstand des Widerstandsmaterials geändert wird.

   7- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichförmige Widerstandsmaterialbeschichtung mit

   BAD ORIGIMAL

   Hil^e eines Sprühzerstäubungsverfahrens hergestellt wird.

   a Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt der Anordnung von magnetischen Betätigungseinricht*ungen außerhalb des Gehäuses zur Bildung einer magnetischen Kopplung mit den Schiebeeinrichtungen.

   9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die magnetischen Betätigungseinrichtungen und die Schiebeeinrichtungen jeweils mehrpolige Permanentmagnetelemente zur Erzielung einer magnetischen Kopplung aufweisen.

   10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt der Befestigung der Schiebeeinrichtungen in dem Gehäuse derart, daß längsgerichtete öffnungen in den Schiebeeinrichtungen längsgerichtete Gehausevorspränge aufnehmen, entlang derer sich die Schiebeeinrichtungen bewegen können.

   11. Lineares Potentiometer, gekennzeichnet durch ein flexibles elektrisch inertes Substrat (32), auf dem eine genau geformte Reihe von elektrischen Elementen (48, 51? 55) angeordnet ist, die voneinander durch das Substrat (32) isoliert sind, daß die einzelnen Elemente durch ein Lasertrenn- und -schneidverfahren hergestellt sind, um eine genau festgelegte Widerstandsbahn (48) und eine

   BAD ORIGINAL

   Kollektorbahn (51) zu erzeugen, daß leitendes Material auf den voneinander getrennten Elementen aufgebracht ist, um jeweilige elektrische Verbindungen mit jeweiligen Anschlußeinrichtungen herzustellen, daß ein Gehäuse (10) vorgesehen ist, das in Längsrichtung verlaufende Schlitze (28, 29) aufweist, die an gegenüberliegenden Innenwänden des Gehäuses (10) angeordnet sind und aufgebogene gekrümmte Kanten des Substrats (32) aufnehmen, das eine größere Breite als die Innenbreite des Gehäuses (10) aufweist, daß das Gehäuse eine ebene innere Grundfläche aufweist, mit der das Substrat in Eingriff steht, daß eine aus einem Schieber und einer Kontaktvorrichtung bestehende Einrichtung in Längsrichtung in dem Gehäuse (10) beweglich ist, wobei die Kontaktvorrichtung (77) öit den Widerstands- und Kollektorbahnen in Eingriff steht und eine Änderung der Längsposition des Schiebers in eine Ausgangsspannung umwandelt.

   12. Potentiometer nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch elastische Einrichtungen (104), die mit einem Ende an dem Gehäuse (10) befestigt sind, und eine Welle (116) , die ein weiteres Ende der elastischen Einrichtungen (114) aufnimmt und eine Verschiebung der Schieber-Kontektvorrichtungs-Kombination ermöglicht, so daß eine Änderung der Position der Kontaktvorrichtung (77) gegenüber der Widerstandsbahn eine Änderung der Auegangsspannung hervorruft.

   Potentiometer nach Anspruch 11, gekenn-

   BAD ORIGINAL

   zeichnet durch magnetische Betätigungseinrichtungen (134-, 135)» die außerhalb des Gehäuses (10) angeordnet sind und eine magnetische Kopplung mit der Schieber-Kontaktvorrichtungs-Kombination bilden.

   14-«, Potentiometer nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Endverschlußeinrichtungen zum Verschließen der Enden des Gehäuses (10) und zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung mit den elektrischen Elementen (4-8, 51» 55)·

   15· Potantiometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen Elemente (4-8, 51 τ 55) eine gleichförmige Dicke aufweisen und durch ein Sprühzerstäubungsverfahren aufgebracht sind.

   16. Linearer Positionsmeßfühler, dadurch gekennzeichnet , daß ein flexibles elektrisch nicht-leitendes Substrat (32) vorgesehen ist, auf dem ein getrenntes, mit Hilfe eines Laserstrahls zugeschnittenes und aufgetrenntes elektrisches Element angeordnet ist, das eine gleichförmige Dicke aufweist und mit Hilfe eines Sprühzerstäubungsverfahrecs auf das Substrat aufgebracht wurde, daß das elektrische Element elektrisch gegenüber anderen elektrischen Elementen isoliert ist, daß das zugeschnittene und aufgetrennte elektrische Element eine Viderstandsbahn (48) mit gleichförmiger Stärke und genauen Abmessungen bildet, daß die anderen Elemente

   ·— 7 —

   durch leitende Materialbeschichtungan gebildet sind, die einen Kollektor (51) und eine elektrisch leitende Beschichtung umfassen, die eine Rückführungsbahn (55) bildet, daß ein Gehäuse (10) vorgesehen ist, daß Schiebereinrichtungen mit Kontaktvorrichtungen (77) vorgesehen sind, die mit der Widerstandsbahn (48) und der Kollektorbahn (51) in Eingriff stehen, und daß eine Änderung der Längsposition der Schiebereinrichtungen eine Änderung einer Ausgangkepannung hervorruft.

   17· Positionsmeßfühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß elastische Einrichtungen (104) vorgesehen sind, daß das Gehäuse (10) mit Endkappen versehen ist und «laß eine Welle (116) mit den Schiebereinrichtungen verbunden ist, daß die elastischen Einrichtungen (104) fest mit einem Ende an einer Endkappe und mit dem anderen Ende an der Welle (116) derart befestigt Bind, daß eine durch eine Betätigung der Welle (116) hervorgerufene Bewegung der Schiebereinrichtungen eine Dehnung der elastischen Einrichtungen (104) hervorruft, und daß die Schiebereinrichtungen durch die elastischen Einrichtungen in die Ausgangsstellung z,urückbewegbar sind.

   18. Positionsmeßfühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß eine Welle (116) betriebsmäßig mit den Schiebereinrichtungen verbunden ist und daß die durch die Betätigung, der Welle (116) hervorgerufene Bewegung der Schiebereinrichtungen in

   eine Änderung der Aus gangs spannung umgewandelt wird.

   19· PositionsmeßfüliXer nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Endverschlußeinrichtungen, die die Enden des Gehäuses (10) verschließen,
   und eine magnetische Betätigungsvorrichtung (134-,
   135)? die auf der Außenseite des Gehäuses (10) angeordnet ist und gegenüber diesem beweglich ist, wobei die Schiebereinrichtungen magnetisch mit der magnetischen Betätigungseinrichtung gekoppelt sind und sich mit dieser bewegen.

   20. Positionsmeßfühler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Endverschlußein-cichtungen elektrische Anschlußelemente einschließen, die elektrisch mit den jeweiligen elektrischen
   Elementen verbunden sind.