-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines
-
einen vorgegebenen Gradienten aufweisenden Potentiometers und nach
dem Verfahren hergestelltes Potentiometer Stand der Technik Die Erfindung geht aus
von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw.
der Gattung des 1. Vorrichtungsanspruchs. Die Erfindung betrifft außerdem ein in
seinem Spannungsgradienten präzise justiertes Potentiometer, hergestellt nach dem
genannten Verfahren.
-
Potentiometer und insbesondere Präzisionspotentiometer sind in vielfacher
Form bekannt. Bei Drehpotentiometern ist überlicherweise
konzentrisch
zu einer in einer Trägerscheibe eingebetteten Widerstandspiste, vorzugsweise aus
Leitplastik, eine Rückführ- oder Kollektorpiste vorgesehen, die ebenfalls aus Leitplastik
bestehen kann. So ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 28 26 786, die auf die
gleiche Anmelderin zurückgeht, ein Präzisionspotentiometer, bei dem die Rückführpiste
als Innenring zur Widerstandsringbahn und deren Nutzbereich ausgebildet ist und
vom gleichen Schleifer kontaktiert wird. Bei diesem bekannten Präzisionspotentiometer
wird zu dessen Linearisierung so vorgegangen, daß durch die Widerstandsringbahn
ein Strom geleitet und das von dem potentiometereigenem Schleifer an jedem Punkt
der Widerstandsbahn abgegriffene Potential erfaßt wird. Nach Vergleich mit einem
jeweiligen, von einem Meister potentiometer stammenden Bezugspotential wird dann
die Widerstandsringbahn an dem jeweiligen Punkt solange, etwa durch ein Fräsinstrument
bearbeitet, bis beide Potentiale gleich sind. Hierzu wird das fertig montierte Potentiometer-Bauteil
in eine drehbare Vorrichtung eingespannt und dann so verdreht, daß die auf einem
gemeinsamen Drehwinkel in Bezug auf eine Unterbrechungsstelle der Widerstandsringbahn
räumlich feststehend angeordneten Schleifer und Fräser im Bereich der Unte rbre
chungs stelle der Widerstand sringbahn liegen, bevor das Bauteil unter Einschneiden
des Fräsers zur Linearisierung gegenüber dem Schleifer und dem Fräser gedreht wird.
-
Maßnahmen zur Linearisierung von Potentiometer sind auch bekannt aus
der GB-PS 749 626, der GB-PS 616 381 und der US-PS 3 821 845.
-
Bei der GB-PS 749 629 werden zur Linearisierung ein Standardpotentiometer
(Meisterpotentiometer) und das zu linearisierende Masse-
Drehpotentiometer
parallel geschaltet in Form einer Brückenschaltung, wobei die mechanisch miteinander
verbundenen Abgriffe den Nullzweig bilden, in welchem ein Oszilloskop zur Sichtbarmachung
von Spannungsdifferenzen geschaltet ist, die sich ergeben, wenn eine äußere Versorgungsquelle
angelegt ist. Die Linearisierung erfolgt durch Entfernen geringer Materialteile
der Masse-Widerstandsringbahn mit Hilfe eines von Hand geführten Schleifwerkzeugs.
Hohen Genauigkeitsanforderungen kann eine solche Linearisierung nicht gerecht werden.
-
Bei der GB-PS 616 381 werden zylindrische Längswiderstände dadurch
linearisiert, daß diese in eine Halterung eingespannt und axial stationär einer
Drehbewegung unterworfen werden Die Linearisierungseinrichtung umfaßt einen Standardwiderstand
und einen doppelt wirkenden Schleifer, der gleichzeitig durch mechanische Verschiebung
einen gegebenen Punkt des Standardwiderstandes und des zu linearisierenden L ängswiderstande
s abtastet. Zusammen mit dem Schleifer wird in Längsrichtung zum stationären Widerstand
eine rotierende Frässcheibe verschoben, die entsprechend ihrer Zustellung Widerstand
smate rial vom Längswiderstand abnimmt.
-
Bei dem aus der US-PS 3 821 845 bekannten, kompliziertem Linearisierungsverfahren
werden Teile der Widerstandspiste mit Hilfe einer Laserstrahlung weggebrannt. Ein
Kontaktbord verfügt über gleichmäßig die Widerstandspiste bzw. deren Nutzbereich
kontaktierende Spitzen, wobei die Anzahl der Spitzen für die erzielbare Linearität
maßgebend ist. Die Kontaktspitzen umfassen bestimmte Bereiche der
Widerstandspiste
und deren Potentialverteilung, wenn ein eingeprägter Strom zugeführt wird. Die abgetasteten
Potentiale werden mit einer elektronisch erzeugten Spannung verglichen und Differenzen
veranlassen die Laserquelle zu einer entsprechenden Beeinflussung der Widerstandsbahn
Eine Drehung oder Relativverschiebung zwischen Widerstandspiste und dem vom Kontaktbord
gebildeten Schleiferarrangement erfolgt nicht.
-
Abgesehen von den zum Teil komplizierten und darüber hinaus noch ungenau
verbleibenden Linearisierungsverfahren bleibt bei diesen Veröffentlichungen der
Spannungsgradient der solcherart linearisierten- Potentiometer völlig unberücksichtigt,
so daß es üblicherweise dem Anwender der Präzisionspotentiometer überlassen ist,
den Gradienten des Potentiometers, also den Ausdruck Volt/mm Verstellweg, durch
von außen vorgeschaltete Trimmpotentiometer so einzustellen, daß sich eine Normierung
auf die gewünschte Schaltung ergibt. Tatsächlich ist es bisher auch bei besonders
präzise linearisierten Potentiometern nicht möglich gewesen, gleichzeitig auch den
Gradienten, also den Anstieg der Spannung pro mm Verstellweg mit einer auch nur
annähernden Genauigkeit an vorgegebene und gewünschte Werte zur Verfügung zu stellen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Präzisisonspotentiometer
zu schaffen, die einen genauestens vorgegebenen Gradienten im Spannungsanstieg pro
mm Verstellweg jedenfalls im Nutzbereich einhalten, ohne daß dem Potentiometersystem
eigens vorgeschaltete Trimmpotentiometer verwendet werden müssen und ohne daß sich
ein
merkliche Zusatzaufwand bei der Herstellung solcher Präzisionspotentiometer
ergibt. Dabei kann es vorteilhaft sein, in einem ersten Be arbeitungs schritt entsprechende
Präzisionspotentiometersysteme vorab zu linearisieren.
-
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße System löst diese Aufgabe
mit den kennzeichnenden Merkmalen jeweils des 1. Verfahrensanspruchs, des 1. Vorrichtungsanspruchs
sowie des 1., sich auf ein Potentiometer beziehenden Anspruchs. Gegenüber dem bekannten
Stand der Technik ergibt sich der Vorteil, daß bei einem ersten gegebenen Ausführungsbeispiel
sowohl eine einwandfreie,schnelle Linearisierung des Nutzbereichs des Potentiometers
möglich ist mit einem sich an den Linearisierungsvorgang sofort anschließenden Einstellvorgang
für den Spannungsgradienten des so linearisierten Nutzbereichs. Beide Maßnahmen
erfolgen im gleichen Durchlauf praktisch ohne zusätzlichen Zeit aufwand und ohne
ins Gewicht fallende zusätzliche apparative Maßnahmen, wobei für die Einstellung
des Gradienten ein zusätzlicher, vergleichsweise kurzer Widerstands bereich der
gleichen Widerstandspiste vorgesehen ist, die auch den Nutzbereich liefert. In einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dient der die Linearisierung des Nutzbereich
bewirkende Fräser gleichzeitig auch als das Arbeitsinstrument, welches die Gradienteneinstellung
bewirkt. Die Einstellung des Gradienten erfolgt daher entsprechend einer Grunderkenntnis
vorliegender Erfindung dadurch, daß durch einen Bearbeitungsvorgang
vorzugsweise
mit Hilfe eines mechanisch einwirkenden Werkzeugs, wie eines Fräsers, Material der
Widerstandspiste zur Einstellung von deren Widerstandswert weggenommen wird, und
zwar an einer Stelle, die als Gradienten-Trimmbereich bezeichnet werden kann und
die sich ohne jede Trennung oder sonstige körperliche Unterbrechung unmittelbar
an den Leitplastikbelag des Nutzbereichs anschließt. Eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung vorliegender Erfindung besteht aber darin, eine funktionsbezogene
Trennung zwischen Nutzbereich und Gradienten-Trimmbereich dadurch vorzunehmen, daß
das üblicherweise aus einem Leitplastikbelag bestehende Masse-Potentiometer an der
Übergangsstelle zwischen Nutzbereich und Gradienten-Trimmbereich eine Leitquerschicht,
und zwar bevorzugt aus Leitsilber aufweist. Hierdurch ist eine Entzerrung der Stromlinien
sichergestellt und jede Rückwirkung der Widerstandselnstellung für die Gradientenjustierung
vom Gradienten-Trimmbereich auf den Nutzbereich ist ausgeschlossen.
-
Vorteilhaft ist weiterhin, daß der Trimmbereich für die Gradienteneinstellung
praktisch ein Teil der Widerstandspiste des Potentiometers ist, jedoch nicht mehr
von deren Nutzbereich, so daß die Temperaturkoeffizienten (TK) absolut gleich sind
und auch Materialunterschiede nicht bestehen.
-
Vorteilhaft ist weiterhin, daß die bisherigen Trimmarbeiten, die beim
Anwender solcher Potentiometer, insbesondere Präzisisonspotentiometer, von Fachkräften
sorgfältig durchzuführen waren, sowie auch die für diese Arbeit benötigten zusätzlichen
Trimmpotentiometer
völlig wegfallen. Dabei wird aber die Trimmarbeit
nicht nur lediglich in den Herstellerbereich verlagert, sondern beim bevorzugten
Ausführungsbeispiel als Fortsetzung des Linearisierungsvorgangs in diesen einbezogen
und somit praktisch eliminiert.
-
A be r. auch bei einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender
Erfindung läßt sich die Spannungsgradienten-Trimmung beschr)ellen sonders einfach
und im / Durchlauf durchführen, da auch bei diesem Ausführungsbeispiel Teilbereiche
der Widerstandspiste für die Gradienteneinstellung verwendet werden, ohne daß es
im übrigen zu einer merklichen Einschränkung des Nutzbereiches kommt.
-
Vorteilhaft ist, daß die Einstellung des Gradienten besonders produktionsgerecht
in einem Zug mit dem Linearisierungsvorgang durchführbar ist und daher eine Fehleinstellung
bzw. eine spätere Verstellung, etwa durch Alterung, unterschiedlichen TK u. dgl.
ausgeschlossen ist; denn der dem Potentiometer-Nutzbereich zugeordnete und unverrückbare
Widerstands-Trimmbereich erfährt durch die Gradienteneinstellung eine permanente,
genau auf den Nutzbereich abgestimmte Einstellung seines Gesamtwiderstandes, die
unveränderlich ist.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Systems möglich. Besonders
vorteilhaft ist hier, daß die Gradienteneinstellung aus dem willkürlichen Einflußbereich
der Einstellung durch
Fachkräfte herausgenommen ist und mit praktisch
beliebig hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, und zwar im automatisierten
Ablauf und ohne daß ein Abgleich durch Fachkräfte überhaupt erforderlich ist. Durch
die ständige Erfassung des jeweils erreichten Gradienten-Istwerts und des Vergleichs
mit dem Sollwert ist die Einstellung des Spannungsgradienten jedes Potentiometers
als echter Regelvorgang anzusehen und erfolgt daher mit beliebig hoher Genauigkeit.
-
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in Form einer schematisierten Blockschaltbild-Darstellung eine erste Ausführungsform
zur Spannungs gradienten- Trimmung, wobei von einem anfänglichen Line arisierungsverfahren
aus ge -gangen wird, Fig. 2 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform für die Gradienten-Trimmung
bei einem Potentiometer unterschiedlicher Bauart und Fig. 3 zeigt in Form eines
Diagramms Kurvenverläufe des Spannungsanstiegs bei Potentiometer über den Verstellweg
im nicht lineafrisierten, im linearisierten und im auf Gradienten getrimmten Zustand.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der Grundgedanke der Erfindung
besteht darin, bei der Herstellung von Potentiometern beliebigen Aufbaus gleichzeitig
deren Gradienten, also den Spannungsanstieg pro Verstellweg, ohne die Verwendung
zusätzlicher, vorgeschalteter Trimmwiderstände o. dgl. dadurch einzustellen, daß
die Gesamtwiderstandspiste unterteilt wird in einen Potentiometer-Nutzbereich und
in den Gradienten-Trimmbereich. Bei vorzugt handelt es sich dabei um Potentiometer,
deren Widerstands-und Kollektorpiste aus Leitplastik bestehen, d. h., aus einem
Material, welches auf einen geeigneten Träger durch Spritzung oder Pressung aufgebracht
wird. Die Unterteilung in Nutzbereich und Gradienten-Trimmbereich erfolgt nicht
im eigentlichen mechanischen Sinn, sondern der Gradienten-Trimmbereich stellt einen
Abschnitt der gesamten Widerstandsfläche dar und ist in einer Spritzung oder Pressung
hergestellt, daher verfügt er auch über denselben TK und besteht aus dem gleichen
Material. Dies ist besonders vorteilhaft, weil auf diese Weise an das Potentiometer
von außen herangetragene Änderungen, beispielsweise unterschiedliche Temperaturen
sich auf seine Komponenten im Nutzbereich und im Gradienten-Einstellbereich gleich
auswirken und daher kompensieren.
-
Im folgenden wird zunächst grundsätzlich an Hand von zwei bevorzugten
Ausführungsbeispielen die Gradienteneinstellung in einer Übersichtsdarstellung kurz
erläutert.
-
Die Darstellung der Fig. 1, die die Gradienteneinstellung bei einem
Präzisionspotentiometer angibt, welches über einen darüber hinaus noch zu linearisierenden
Nutzbereich
verfügt, umfaßt zunächst die Bauelemente, die für die
für sich gesehen bekannte Linearisierung eines Präzisionspotentiometers vorhanden
und ausgewählt sind. Das Präzisionspotentiometer, welches in Fig. 1 unter Verzicht
auf die Vielzahl sonstiger noch vorhandener Bauelemente lediglich in Form der Widerstandspiste
1 dargestellt ist, verfügt über die beiden äußeren, mit A und B bezeichneten Anschlüsse,
jeweils an den Endbereichen des Leitplastik-Belags sowie über den veränderlichen
Abgriff- oder Schleiferanschluß C Es versteht sich, daß die Erfindung auch für Drehpotentiometer
in entsprechender Weise anwendbar ist. Es versteht sich auch, daß gerade bei Präzisisonspotentiometern
parallel zur eigentlichen Widerstandsbahn, die den /oder Rückführbahn Nutzbereich
bildet, eine Kollektor- angeordnet ist, die vom gleichen Schleifer kontaktiert ist,
so daß der jeweils abgegriffene Widerstandswert am Kollektoranschluß zur Verfügung
steht.
-
Zur Linearisierung eines solchen Potentiometers, was zunächst kurz
zum besseren Verständnis erläutert wird, wird hierbei so vorgegangen, daß den Anschlüssen
A und B von einer Stromeinprägeschaltung 2 ein konstanter eingeprägter Strom I =
const. zugeführt wird.
-
Der zunächst durchgeführte Linearisierungsvorgang erfolgt. dann mit
Hilfe eines Gebers 3 für ideale Steigung, dessen Linearität um Größenordnungen höher,
beispielsweise 100-mal höher sein kann als die Linearität, die das z-u linearisierende
Potentiometer später aufzuweisen hat,und dessen vorgegebener Spannungsgradient über
die gleiche.
-
Genauigkeit verfügen kann. Angesteuert wird der Geber 3 für ideale
Steigung sowie auch die Stromeinprägeschaltung 2 von einem Referenzspannungsgeber
4. Das hat im übrigen den Vorteil, daß bei doch eventuell
auftretenden
Spannungss chwankungen des Referenz spannungs -gebers diese in der Gesamtschaltung
sich so auswirken, daß es zu einer Kompensation kommt.
-
Der Geber für ideale Steigung 3 kann auch als sogenanntes Meisterpotentiometer
bezeichnet werden und beispielsweise von einem Inkrementalgeber gebildet sein, dem
als Zähler Zählimpulse mit konstanter Frequenz zugeführt sind. Zur Linearisierung
ist weiterhin ein motorischer Antrieb 5 vorgesehen, der etwa ein Schrittmotor sein
kann und der mechanisch verbunden den Schleifer 6 des Potentiometers sowie den Fräser
7 in der Fräservorschub-Richtung x antreibt. Es sei zunächst davon ausgegangen,
daß der als Schrittmotor ausgebildete motorische Antrieb 5 eine X-Wegstrecke inkremental
jeweils zurücklegt, die synchron und proportional ist zum Spannungsgradienten vom
Geber 3, dessen Ausgangssignal einem Eingangsanschluß 8a einer Umschalteinrichtung
9, auf deren Aufgabe weiter unten noch eingegangen wird, zugeführt ist. Einem anderen
Eingangsanschluß 8b der Umschalteinrichtung ist das vom Schleifer 6 abgegriffene
Potential des Widerstandsbelags des Nutzbereichs des Potentiometers zugeführt und
man erkennt, daß in der gezeichneten Schaltstellung der Umschalteinrichtung 9 der
Vergleicher einmal das Meistersignal vom Geber 3 als Sollwert und zum anderen das
vom Schleifer 6 abgegriffene, auf die Zuführung des eingeprägten Stroms zurückzuführende
SpannUngssignal des Potentiometer-Nutzbereichs als Istwert zugeführt erhält. Abweichungen
erfaßt ein der Umschalteinrichtung 9 nachgeschalteter Vergleicher 10 als Linearitätsfehler
und beaufschlagt einen nachgeschalteten Leistungsverstärker 11 für den y-Hub des
Fräsers 7, auf den ein vom
Leistungsverstärker 11 angesteuertes
Stellglied 12 einwirkt. Zusätzlich zu der Bewegung in der x-Richtung verschiebt
sich daher der Fräser auch noch in der y-Richtung und korrigiert so die Linearität
des Potentiometer-Nutzbereiches, indem in geeigneter Weise etwa Material der Widerstandsleitplastik
mehr oder weniger stark weggefräst oder weggekratzt wird, beispielsweise dadurch,
daß sich im Nutzbereich eine in diesen mehr oder weniger stark hineindrängende Fräserspur
ergibt, wie diese bei 31 angedeutet ist.
-
Die Erfindung verwendet Mittel und Funktion dieses Linearisierungsvorgangs
in vorteilhafter Weise dadurch, daß an einer vorgegebenen Stelle der Widerstandsbahn,
etwa bei 90 % und damit an der durch den Balken D gekennzeichneten Stelle, der Linearisierungsvorgang
beendet wird, so daß sich der Nutzbereich dieses Potentiometers vom Anschlußpunkt
A bis zum Potentiometerpunkt D ergibt. Dieser 90 %-Bereich zwischen A und D befindet
sich innerhalb des elektrischen Nutzwinkels oder Nutzbereichs des Potentiometers
in Form eines Drehpotentiometers oder linearen Potentiometers. Der restliche Bereich
des Leitplastikbelags zwischen D und B wird dann für die Gradiententrimmung ausgenutzt,
wobei in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Trennung zwischen
dem Nutzbereich und dem GradientenlPimmbereich erfolgt mit Hilfe eines in Querrichtung
verlaufenden Leitsilberschicht 13. Diese Leitsilberschicht 13, die der Leitplastik-Spritzung
unterlegt ist, sorgt dafür, daß die Stromlinien am Ende des Nutzbereichs parallel
aus diesem heraus und in entsprechender Weise in den Gradiententrimmbereich hineinfließen,
so daß sichergestellt wird, daß die Einstellung des Widerstandswerts des Gradienten-Trimmbereichs,
die nämlich ebenfalls mit Hilfe des schon für die Linearisierung
verwendeten
Fräsers vorgenommen wird, keinen Einfluß auf die Linearität des Nutzbereichs ausüben
kann. Dies wäre denkbar und im übrigen gegebenenfalls auch hinnehmbar, so daß der
Leitsilber-Querbalken 13 eine echte vorteilhafte Ausgestaltung darstellt, wenn man
berücksichtigt, daß bei Fehlen des Leitsilber-Querbalkens 13 sich aufgrund der Gradienteneinstellung,
also Veränderung des Widerstands bereichs zwischen D und B eine Verzerrung der Stromlinien
ergibt, die in den linearisierten Nutzbereich hineinwirken würde.
-
Zur Gradiententrimmung muß nunmehr auf den Gesamtwiderstand des zunächst
linearisierten Potentiometers abgestellt werden, d. h. es muß der Anschluß B beobachtet
und der Widerstandswert des Leitplastik-Teilstücks zwischen D und'B so beeinflußt
werden, daß sich im Potentiometer-Nutzbereich der angestrebte Gradient mit hoher
Genauigkeit ergibt.
-
Bei dem in Fig. 1 dargestellten praktischen Ausführungsbeispiel wird
durch Umschaltung der einen Teil der Umschalteinrichtung 9 bildenden beiden Schaltern
9a, 9b in die gestrichelte Position dann an den einen Eingang des Vergleichers 10
das Potential am Punkt B und an den anderen über die Verbindungsleitung 14 die Referenzspannung
gelegt. Es wird dann im Bereich zwischen D und B solange gefräst, d. h.
-
der dortige Widerstand des Gradienten-Trimmbereichs beeinflußt und,
wie sich versteht, vergrößert, bis die Spannung am Anschlußpunkt B auf Referenzspannung
kommt. Nimmt man beispielsweise an, daß die Referenz spannung und im praktischen
Anwendungsfall die Potentiometer-Arbeitsspannung 10 Volt beträgt, dann fließt innerhalb
des so linearisierten und auf den gewünschten Gradienten
getrimmten
Elements genau wieder der Strom, der auch beim Trimmen des Gradienten als Konstantstrom
I = const. verwendet worden ist, was mit anderen Worten bedeutet, daß die Linearität,
die durch die Linearisierung erreicht worden ist, nicht nur unabhängig linear ist,
sondern auch absolut linear ist zu einer vorgegebenen Steigung, nämlich der Steigung,
die beim Trimmen auch vorgegeben war.
-
Eine weitere bevorzugte Variante der Gradienteneinstellung wird im
Überblick im folgenden an Hand der Darstellung der Fig. 2 erläutert, die eine Ausbildungsform
eines Potentiometers mit einem Nutzwinkel-0 bereich von ca. 90 ° darstellt. Die
auch hier wieder bevorzugt aus Leitplastik bestehende Wider standspiste mit symmetrischen,
also beidseitig angeordneten und wahlweise verwendbaren Gradienten-Trimmbereich
ist insgesamt mit 15 bezeichnet; die Kollektorpiste mit 16; sie steht über dem nicht
dargestellten Schleifer in elektrisch leitender Verbindung mit dem jeweils abgegriffenen
Potential des Nutzbereiches und führt dieses Potential den Kollektoranschlüssen
17 zu.
-
Die beiden Anschlüsse für die Widerstandsbahn, genauer für den Potentiometer-Nutzbereich
sind mit 18 und 19 bezeichnet. Bei der Darstellungsform der Fig. 2, bei der lediglich
auf einem Träger 20 Widerstandsbahn 15 und Kollektorbahn 16 aufgespritzt oder aufgepreßt
gezeigt sind ohne die weiteren Potentiometerbauteile, handelt es sich um ein solches
Potentiometer, bei dem entweder die Linearität des Nutzbereichs 15a der Widerstandsbahn
ausreichend hoch ist oder wegen deren Kürze von geringerer Bedeutung ist oder aus
sonstigen Gründen davon abgesehen wird, ein solches Potentiometer in seinem Nutzbereich
auf Linear!ta't zu bearbeiten. Dennoch kann es bei einem solchen
Element
von besonderer Bedeutung sein, den Gradienten hochgenau einzustellen, und zwar auch
hier wieder durch Verwendung eines Gradienten-Trimmbereichs - vorzugsweise auf beiden
Seiten und daher symmetrisch, wobei jedoch immer nur eine Seite effektiv der Gradienten-Trimmung
unterworfen wird, damit man-abgesehen von der allgemeinen Vereinfachung in der Gradienteneinstellung-insbesondere
auch den gleichen TK des Gradienten-Trimmbereichs und die gleichen sonstigen Materialeigenschaften
erlangt.
-
Wie üblich erfolgt die Potentialübertragung von der Kollektorpiste
und von den maßgebenden Bereichen des Widerstandsbelags durch unterlegte Leitsilber
schichten, die für den Widerstandsbahn-Nutzbereich gestrichelt dargestellt und insgesamt
mit 21 und für den Kollektorpistenbereich mit 22 bezeichnet sind. Die Abtrennung
des Potentiometer-Nutzbereiches von den beidseitigen Gradienten- Trimmbereichen
23a und 23b erfolgt auch hier wieder durch Leitsilber-Querbalken 24a, 24b, die bei
der zunächst noch durch die Gradienten-Trimmung unversehrten Darstellung der Fig.
2 über einen nicht mit Leitplastik des Widerstand smate rial s überdeckten Verbindungsstegbereich
25a, 25b angeschlossen sind an einem U-förmigen beidseitigen Leitsilberteil 26a,
26b, dessen einer Schenkel 27a, 27b mit den jeweiligen Endanschlüssen 18 und 19
des Potentiometers verbunden ist und dessen anderer kürzerer Schenkel 28a, 28b an
im Grunde beliebiger Stelle im Belag der Leitplastik des Gradienten-Trimmbereichs
23a, 23b endet. Zur Gradienten-Trimmung wird bei einem solchen Element, von dem
in Fig. 2 lediglich eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist, so daß die
spezielle Formgestaltung auch nicht einschränkend
zu verstehen
ist, dann so vorgegangen, daß man die U-Form auf einer der Seiten, etwa an der durch
den Pfeil E angegebenen Stelle aufschneidet. Dieses Aufschneiden kann dadurch erfolgen,
daß man von oben in der Ebene der Darstellung dem Pfeil folgend einen Frässtichel
in das Material einführt, der die die Leitsilberschicht 26a, 26b an dieser Stelle
überdeckende Leitplastikschicht und die Leitsilberschicht auftrennt. Man erkennt
sofort, daß man auf diese Weise einen zusätzlichen Widerstandsbereich gewinnt, der
vom Leitsilber-Querbalken 24b für die Symmetrierung ausgeht und in etwa den gesamten
in der Fig. 2 schraffierten Bereich umfaßt und der dann den Gradienten-Trimmbereich
bildet.
-
Die zur Erzielung eines genauen Spannungsgradienten im Nutzbereich
bei für die gestellten Anforderungen ausreichender Linearität der Leitplastikschicht
von Anfang an legt man an die Potentiometer-Endpunkte 18 und 19 eine feste, also
konstante Spannung an. - im Gegensatz zu dem dem Potentiometer in Fig. 1 zwischen
den Punkten A und D zugeführten Konstantstrom. Man fährt dann mit zwei in ihrem
Abstand sehr genau positionierten und eingehaltenen Schleifern in den Nutzbereich
15a ein und geht voraussetzungsgemäß davon aus, daß zwischen diesen beiden Schleifern
nach der Gradienten-Trimmung ein bestimmter vorgegebener Spannungshub gemessen werden
muß. Auf diesen Spannungshub muß der durch das Aufschneiden der Leitsilberschicht
in Fig. 2 geschaffene " Vorwide rstand sbereich" getrimmt werden.
-
Der bei fest angelegter Spannung an den Punkten 18 und 19 bekannte,
von den Schleifern im Nutzbereich 15a zu messende Spannungshub dient dann durch
Vergleich zur Betätigung des Zustellgliedes für den
Fräser, der
in Fig. 2 nicht gesondert dargestellt ist. Dieser Fräser setzt nach dem Durchschneiden
der Leitsilberschicht bei 26b seinen Weg in das schraffierte Widerstandsmaterial
des so gebildeten Gradienten-Trimmbereiches fort und vergrößert, anfangs nur wenig,
jedoch mit fortgesetztem Einfahren stärker ansteigend, den Vorwiderstand denn es
ergeben sich im Grunde zwei Hauptwiderstandspfade, nämlich einmal vdm Leitsilber-Querbalken
24b über den Verbindungssteg 25b zum kürzeren U-Schenkel 28b und von diesem dann
über das Widerstandsmaterial in der U-Krümmung zum anderen längeren U-Schenkel bzw.
über das restliche Widerstandsmaterial außerhalb der U-Krümmung vom Leitbalken 24b
direkt zu den Anschlüssen 19. Man erkennt, daß eine Widerstandeinstellung durch
Trimmung und damit eine hochgenaue Festlegung des Gradienten durch einfaches Einfahren
des Fräsers längs des Pfeils E in Fig. 2 möglich ist. Bei dieser Gradiententrimmung
wird bei fest angelegter Spannung bei 18 und 19 der Strom durch den Nutzbereich
15a solange geändert, bis die Spannung zwischen den beiden Testschleifern entsprechend
erreicht ist. Damit weist dann das Potentiometerelement nach der Gradiententrimmung
im Nutzbereich auch den gewünschten Spannungsgradienten auf.
-
Ist daher die erste Ausführungsform des Gradienten-Einstellverfahrens
für hoch genaue Potentiometer auch in deren Linearisierungsverhalten bestimmt, so
eignet sich das zweite Verfahren für solche Potentiometer, deren Genauigkeit so,
wie sie gepreßt oder gespritzt werden, ausreicht, die aber im Nutzbereich einen
genauen Spannungsgradienten benötigen.
-
Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei vergleichsweise kurzen Nutzbereichen
oder geringen Nutzbereich-Winkeln der Linearitätsfehler ohnehin'so gering ist, daß
er weniger stark ins Gewicht fällt. Es empfiehlt
sich, die beiden
Testschleifer in einem solchen Abstand zueinander anzuordnen, daß sie angrenzend,
beispielsweise mit einem Sicherheitsabstand von lediglich 2 zu den Leitsilber-Querbalken
24a, 24b den Nutzbereich kontaktieren.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung beim Ausführungsbeispiel der Pig.
1 besteht darin, daß der Motor 5 für die X-Vorschubrichtung, dessen Vorschubge schwindigkeit
bzw. Momentanpo sition auf das Ausgangs -signal des Gebers 3 abgestimmt sein muß,-denn
an einem bestimmten Punkt muß der das Nutzbereichpotential erfassende Schleifer
6 einen bestimmten Potentialwert abgreifen,-in seiner Geschwindigkeit vom Geber
3 gesteuert ist, diese aber im Grunde beliebig sein kann. Es hat sich hierbei als
sinnvoll erwiesen, für den Linearisierungsvorgang die Motorvorschubgeschwindigkeit
in der X-Richtung vom Ausgangssignal des Vergleichers 10 abhängig zu steuern, was
durch die gestrichelte Verbindungslinie 29 zwischen Vergleicher und Geber 3 versinnbildlich
sein soll. Ergibt sich daher aufgrund des am Vergleicher 10 anliegenden Differenzsignals
beim Linearisierungsvorgang ein großer Y-Hub für den Fräser .7, dann kann über die
Leitung 29 gleichzeitig die Motorgeschwindigkeit 5 so verlangsamt bzw. an den Y-Hub
angepaßt werden, daß der Vektor der Fräsergeschwindigkeit stets konstant ist. Insofern
ergibt sich für den Fräser 7 eine Vektorsteuerung, die dann besonders interessant
ist, wenn man in den Gradienten-Trimmbereich eindringt. In diesem Fall, also bei
Überschreiten des Punktes D, der durch den Leitsilber-Querbalken 13 charakterisiert
ist, ergibt sich am Vergleicher im ersten Moment ein erhebliches Ungleichgewicht,
da die Spannung am jetzt erfaßten Endpunkt
B zunächst nicht gleich
ist der Referenzspannung, die über die Leitung 14 und die umgelegten Umschaltkontakte
auf den Vergleicher gelangt. Es ergibt sich daher ein großer Hub in der y-Richtung
und damit praktisch ein Stillstand der Fräserbewegung in der x-Richtung, so daß
nach dem Punkt D der Fräser 7 praktisch in Querrichtung zur Längserstreckung des
Gesamtelements in den Gradienten-Trimmbereich D-B einschneidet, bis die Referenzspannung
4 mit der Spannung am Punkt B identisch ist. Die stets gleiche Schnittgeschwindigkeit
des Fräsers 7, die sich so vorteilhaft für die Gradienteneinstellung ausnutzen låßt,
ist daher eine Summe seiner Vorschübe in der x- und y-Richtung.
-
In Fig. 1 ist die Linearisierungs-Fräserspur im Nutzbereich 30 der
Widerstandsbahn des Potentiometers mit 31 und die sich auf die Gradienten-Trimmung
beziehende Fräserspur mit 32 bezeichnet Hierbei versteht es sich, daß zu Beginn
des Vergleichs für die Gradienten-Trimmung am Anschlußpunkt B eine zu kleine Spannung
gemessen wird, die sich durch Vergrößern des Widerstandswerts des Gradienten-Trimmbereichs
D-B - bei Zuführung des eingeprägten Stroms I = const. von der Stromeinprägeschaltung
2 - bis auf die Referenzspannung vergrößern läßt; anschließend schaltet der Vergleicher
den gesamten Fräsvorgang ab. Hierdurch ist gewährleistet, daß beim späteren Gebrauch
des Potentiometers und bei Anschluß einer mit der Referenzspannung identischen Spannung
auch der gleiche Strom durch das Potentiometer fließt, - wie er beim Linearisierungsvorgang
und beim Gradiententrimmen verwendet worden ist.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die für den Linearisierungsvorgang
erforderliche mechanische Kopplung zwischen dem Schleifer 6
und
dem Fräser 7 bezüglich der Trimmung auf den Spannungsgradienten belanglos und braucht
auch nicht aufgehoben zu werden, da durch die Umschalteinrichtung 9 das Schleiferausgangssignal
vom'Eingang des Vergleichers abgeschaltet wird. Es gelingt daher auch, die Gradiententrimmung
mit besonders geringem Aufwand im Anschluß an den Linearisierungsvorgang durchzuführen.
Es versteht sich im übrigen> daß auch das lineare Potentiometer, dessen Widerstandsbahnbereich
lediglich in Fig. 1 gezeigt ist, entsprechend der grundsätzlichen Konzeption wie
in Fig. 2 gezeigt beidseitig symmetrisch mit Querbalken der Leitsilberschicht ausgebildet
sein kann, wobei es darüber hinaus noch vorteilhaft ist, wenn man den Widerstandsbereich,
also den Leitplastikbelag zwischen den Punkten D und B in der Fläche verringert,
wie die gestrichelt dargestellte fakultative Abgrenzung bei 32 andeutet. Hierdurch
verringert man die Fräserarbeit bei der Gradiententrimmung, da der Fräserweg zur
Erzielung der vorgegebenen Steigung in diesem Fall geringer sein kann.
-
Von besonderer Bedeutung bei vorliegender Erfindung ist der umstand,
daß es so am Herstellungsort schon möglich ist, einwandfrei linearisierte und darüber
hinaus absolut identische Spannungsgradienten aufweisende Präzisionspotentiometer
oder Potentiometer anderer Bauart herzustellen, wobei in Fig. 3 mit I der Kurvenverlauf
eines nicht linearisierten und in seinem Spannungsgradienten auch nicht eingestellten
Potentiometers zeigt. Es sei angenommen, daß der Kurvenverlauf II sich nach der
Linearisierung ergibt, wobei dann der Kurvenverlauf III die Spannung über dem Verstellweg
eines sowohl linearisierten als auch in seinem Spannungsgradienten eingestellten
Potentiometers zeigt, bei dem das gewünschte Endpotential U des Nutzbereiches erreicht
ist.
-
o
Hierfür war eine Verschiebung um a U bezüglich
dieses Endwertes, ausgehend von dem schon linearisierten Kurvenverlauf II erforderlich.
-
Durch die Anordnung des Gradienten-Trimmbereichs als insofern einheitlichen
und mit dem Nutzbereich auch einstückigen zusätzlichen Leitplastikteil kann man
daher während der Herstellung des Potentiomet ers untereinander differierende Gradienten
verschiedener Potentiometer auf den gemeinsamen gewünschten Steigungswert bringen,
so daß ganze Serien von Präzisionspotentiometer mit deckungsgleichen Gradienten
erstellt werden können, die jede weitere Trimmarbeit am Anwendungsort überflüssig
machen.
-
Es versteht sich im übrigen, daß das in Fig. 1 dargestellte bevorzugte
Ausführungsbeispiel eines Regelvorgangs nicht einschränkend zu verstehen ist und
beliebige Änderungen und Ausgestaltungen, die innerhalb der funktionellen Grundkonzeption
der Erfindung verbleiben, auch innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegen. So
ist es beispielsweise möglich, noch eine zusätzliche Umschaltsteuereinrichtung vorzusehen,
die bei ununterbrochenem Durchlauf des Fräsers 7 den Zeitpunkt angibt, an welchem
der Fräser durch Überschreiten des Leitsilber-Querbalkens 1 3 in den Gradienten-Trimmbereich
D-B eindringt.
-
In diesem Moment gibt die Umschaltsteuereinrichtung ein Umschaltsignal
an die Umschalteinrichtung 9 und es erfolgt ohne weitere mechanische Betätigung'die
Gradiententrimmung, da dem Vergleicher durch die Umschaltung die hierfür notwendigen
Größen zugeführt sind.
-
Aus praktischen Gründen kommt bei der Regelung der Gradienteneinstellung
im Grunde auch nur eine Fräs-Einwirkung in Frage, die eine Erhöhung des spezifischen
Widerstands im Gradienten-Trimmbereich
bewirkt, indem nämlich Widerstandsmaterial
weggenommen und so der wirksame Querschnitt verringert wird. Zwar ist eine Regelung
auch in beiden Richtungen denkbar und liegt innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens,
diese ist aber aufwendiger, da für eine Erniedrigung des Widerstandswerte s im Gradienten-
Trimmbereich entsprechende Maßnahmen zu treffen wären, die die problemlose Fortsetzung
des Linearisierungsvorgangs mit geänderten Voraussetzungen, wie soeben beschrieben,
dann nicht mehr zulassen würden.
-
Es ist auch möglich, im Übergang zwischen dem Nutzbereich und dem
Gradienten- Trimmbereich der Widerstand spiste eine Markierung zuzuordnen, durch
welche die Umschaltung dann bewirkt wird, sofern nicht ein bestimmtes Stellungssignal
des Gebers 3 für ideale Steilung für die Umschaltung ausgenutzt wird; ein Stellungssignal
nämlich, welches mit Sicherheit dann erzeugt wird, wenn der Übergang vom Nutzbereich
in den Gradienten-Trimmbereich durch die mechanische, motorische Verschiebung von
Schleifer 6 und Fräser 7 erfolgt ist Der Geber 3 besitzt für die Erzeugung eines
solchen Signals die erforderlichen Voraussetzungen, da er für den Linearisierungsvorgang
ein monoton ansteigendes Signal liefert, welches mit dem Schleifersignal verglichen
wird.
-
Es versteht sich, daß auch eine das erste Ausführungsbeispiel insofern
variierende Lösung innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegt, daß der Schleifer
am Ende des Nutzbereichs stehen bleibt, beispielsweise also von der weiteren Fräserbewegung
abgetrennt wird und dann auf eine bestimmte Steigung des durch Abfrage der Schleiferspannung
bestimmten Potentiometer-Nutzbereichs unmittelbar getrimmt wird.
-
In einem solchen Fall kann man den äußeren Potentiometeranschlüssen
A und B der Darstellung der Fig. 1 auch eine Konstantspannung zuführen und die vom
nunmehr am Ende des Nutzbereichs stationären Schleifer erfaßte Spannung als Maß
für den Potentiometergradienten vergleichen mit einer entsprechenden Sollspannung.
Der Fräser fährt in diesem Fall, beispielsweise vom Schleifer abgekoppelt, in seiner
Arbeitsbewegung fort und trimmt den Gradienten-Trimmbereich in der schon beschriebenen
Weise. Da diese soeben beschriebenen Maßnahmen den Gradienten-Trimmvorgang komplizierter
gestalten, wird man aber vorzugsweise bei der weiter vorn beim ersten Ausführungsbeispiel
schon beschriebenen, durch Umschaltung bewirkten Arbeitsweise bleiben.