DE7046321U - Stufig einstellbares, nichtlineares Potentiometer - Google Patents

Description

Nippon Kocaku K.K. P 20 61 788.3-34

Tokyj/Japan 4. Mai 1972

Stufig einstellbares, nichlineares Potentiometer """"" .

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufig einstellbares, nichtlineares Potentiometer mit einer Vielzahl nebeneinanderliegender Abgriffsstrelfen, die einen Endes in der Bahn eines Schleifers liegen rnd anderen Endes eine' außerhalb der Schleiferbahn angeordnete teilförmlge Wiederstandsöchieht jeweils auf deren 2anzerI5reite kontaktieren.

Potentiometer dieser allgemeinen Bauart finden überall dort Anwendung, wo mit großer Genauigkeit und hoher Reproduzierbarkeit eine bestimmte gewünschte Regelkurve, z.B. eine Exponentialfunktion, nachzubilden ist. Ein Beispiel hierfür ist die Regelung des Photostroms bei Kameras mit Belichtungsautomatik für Eingabe der jeweils benutzten Bellchtungsparameter (Filmempfindlichkeit, Blendenv/ert, usw.).

In vielen Fällen wird von einem solchen Funktionspotentiometer verlangt, da£ es einen sehr hohen Widerstandswertebereich überstreicht, der durch eine keilförmige Widerstandsechicht nicht mehr realisierbar ist, weil keilspitzenseitig jedenfalls eine gewisse Minimalbreite der Wider-

Btandßbahn aus fertigungstechnischen Gründen nicht unterschritten werden darf.

Bisher hat man eich zur weiteren Vergrößerung des überstrichenen Widerstandswertebereichs damit beholien, daß man einfach mehrere solche keilförmige Widerstandsschichten nebst zugehörigen Abgriffsstreifen hintereinander längs der Schleiferbahn angeordnet hat, wobei der Jeweils näcnste Widerstandsabschnitt aus einem Material mit höheren», spezifischen Flächenwiderstand als der vorausgehende hergestellt wurde. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß für jeden Widerstandsschichtabschnitt ein gesonderter Beschichtungsvorgang erforderlich wird, wodurch sich das Herstellungsverfahren ersichtlich verteuert.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das in Rede stehende Potentiometer so auszubilden, daß ohne nennenswerte Eostenerhöhung ein weit höherer Widerstandswertebereich überstrichen und der ganze Widerstand mit hoher Reproduzierbarkelt leicht hergestellt werden kann.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe für das Potentiometer der einleitend beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der keilförmigen Widerstandsschicht keilspitzenseitig eine Widerstandsbahn in Zickzack-Kurvenform nachgeschaltet ist, deren der Schleiferbahn zugekehrte Umkehrstellen von

weiteren Abgriffsstreifen in äquidistanter Anordnung kontaktiert sind, daß eine weitere Erhöhung des Widerstandswertea zwischen je zwei benachbarten Abgriffsstreifen Hinge der weiteren Schleifcrbahn erreicht ist durch eine an sich bekannte entsprechende Vergrößerung der Amplitude der Zickzack-Kurvenform der Widerstandsbahn und daß bei übereinstimmendem Teiiungsmaß von Zickzack-Kurvenform und Abgriffsstreifen die Breite der von den ibgriffsstrelfen kontaktierten Umkehrstellen größer ist als d\ i der Abgriffsstreifen.

Entsprechend der Erfindung besteht die Widerstandsbahn des Potentiometers aus zwei Abschnitten, nämlich einem keilförmigen Abschnitt und einem nachgeschalteten zickzackförmigen Abschnitt. Die gesamte Widerstar.dsbahn kann daher in einem einzigen Arbeitsgang nach üblichen Methoden, beispielsweise durch Vakuumabscheidung, Kathodenzerstäubung, Galvanoplastik oder dergleichen, aufgebracht werden. Außerdem wird der Vorteil erreicht, daß das erfindungsgemäße Potentiometer erheblich höher belastbar ist als bisher, weil die Erhöhung der Widerstandswerte zwischen benachbarten Abgriffsstreifen im Zickzack-Widerstandsabschnitt leicht mehr durch eine Verringerung der Widerstandsschichtfläche bewirkt wird.

Der Vorschlag, für ein Potentiometer eine meanderförmig verlaufende Widerstandsbahn zu benutzen, ist aus der DT-AS

1 057 672 an sich bekannt.

Durch das weitere erfindungscenäße Merkmal, "bei übereinstimmendem Teilungsmaß von Zlckzack-Kurvenrorm und Abgri.C.:_; streifen die Breite der von den Abgriffsstreifen kontaktierten Umkehrstellen größer zu machen al3 die Breite der Abgriffsstreifen, erhält man den Vorteil, daß sich praktisch keine nennenswerten Ausrichtschwierigkeiten fUr die zur Herstellung der Widerßtnndsschicht einerseits und der Gesamtheit der Abgriffsstreifen andererseits benutzten Masken; c nn wegen der größeren Breite der Umkehrstellen gegenüber den Abgriffsstreifen 1st eine gewisse gegenseitige Verschiebung der beiden Teile unschädlich.

Die Ausrichtschwierigkeiten können insbesondere noch dadurch entscheidend verringert werden, wenn die Breite der Einschnitte zwischen Je zwei benachbarten Umkehrsteilen gleich der Breite der Abgriffsstreifen gewählt wird.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigen!

Fig. 1 eine Abwicklungsansicht eines veränderbaren Widerstandes entsprechend einem älteren Vorschlag,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgerr.äßen veränderbaren Widerstand,

Fie. 3 eine Detailansi ν,ΐ cor Anordnung nach Fig. 3 und

Fig. 4 eine der Ansicht nach Fig. 3 entsprechende Darstellung zur Erläuterung der Auswirkung von Ausrichtfehlern.

In Fig= 1 ist ein stufig veränderbarer Widerstand dargestellt, wie er in der älteren DT-OS 20 04 335.0 beschrieben ist; dabei sind die Widerstandsschicht und die Abgriffsstreifen durch Vakuumabscheidung oder Kathodenzerstäubung mit Hilfe einer Maske hergestellt. Der Widerstandswert dieses veränderbaren Widerstandes ändert sich nach einer kontinuierlichen Funktion. Die Abgriffsstreifen 3, 3' und 3'· verlaufen rechtwinklig zur Bahn K¹ eines Schleifers. Der Widerstand besteht aus drei Abschnitten: Die Breite der als erstes vorgesehenen keilförmigen Widerstandeschicht 1 ändert sich nach der gewünschten stetigen Funktion. Der eich daran anschließende stufenförmig verlaufende Wider-Btandsabschnitt P¹ weist Widerstandsschichtstreifen 2 auf, die außerhalb der Bahn K¹ und Je mit einem Abgriffestreifen 3' verbunden sind. Schließlich folgt ein Abschnitt Q' mit Zickzack-Widerständen; er weist Widerstandsschichtstreifen 2' auf, von denen je zwei von Jedem Abgriffsstraifen 3¹

ausgehen. Die Widerstandssehichtstreifen 2 und 2' Im Stufenwiderstandsabschnitt P' bzw. im Zickzack-Wideretandsabschnitt Q¹ sind durch Verbindungsstreifen 4 bzw. 4· untereinander verbunden. Bei einem veränderbaren Widerstand

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dieser Art müssen die Laugen der Abgriffsstreifen 3' im Abschnitt P¹ und die Lage der Verbindungsstreifen 4 entsprechend der gewünschten Funktion verändert werden. Demnach müssen die beiden Elemente 3¹ und 4 und die Widerstandsstreifen 2 nicht nur genaue Form erhalten, sondern auch selj? genau angeordnet werden. Da in dem Zickzack-Widerstandsabschnitt Q' für Jeden Absriffsstreifen zwei Widerstandsschichtstreifen gebildet werden, läßt sich eine ausreichende Genauigkeit nur erreichen, wenn die Widerstandsschichtstreifen und die Abgriffsstreifen genau hergestellt werden. Es besteht hierbei die Gefahr, daß infolge Ausrichtfehlern die Widerstandsschichtitreifen mit den Abgriffsstreifen keinen Kontakt haben, so daß Unterbrechungen in der Widerstandsbahn auftreten können.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 2) stellt ein Schleifer J den Kontakt mit den Abgriffsstreifen 7 und 7' her. Letztere sind aus einem Werkstoff hergestellt,

r einwandfreien elektrischen Kontakt mit dem hoch verschleißfesten Schleifer J sicherstellt. Eine keilförmige Widerstandsschicht 5 mit verhältnismäßig hohem Flächenwiderste/idswert ändert ihre Breite S¹ in bekannter Weise so, da3 sich ein den Widerjtandswert nach der gewünschten Funktion ändernder Widerstand ergibt. Die Abgriffsstreifen 7 und die keilförmige Widerstandsschicht 5 bilden zusammen den keilförmigen Widerstandsabschnitt P. Ferner wird ein

Wi~ "-,and 6 in Zickzack-Muster form im Vakuum gleichzeitig mii ?r keilförmigen Widerstandsschicht 5 neben dieser abgeschieden, wobei ein Zweig des Zickzack-Widerstandes 6 für jeden Abgriffsstreifen 7^f vorgesehen ist. Die Abgriffε-streifen 7¹ und der Zickzacl'.-Wlderstand 6 bilden zusammen den Zickzack-Widerstandsabschnitt Q. Der Zickzack-Widerstand 6 liegt teilweise auf den Abgriffsstreifen 7¹» aber außerhalb der Bahn K des Schleifers J. Gemäß Fig. 3 ist die Breite W des Anzapfteils B der Abgriffsstreifen.7* kleiner gehalten als *ie Breite W¹ Jt der Umkehrstelle A des Zickzack-Widerstandes 6, während der Abstand C zwischen den Umkehrstellen A ebenso groß gewählt ist wie die Breite W des eigentlichen Anzapfteils B der Anzapfstreifen.

Die elektrisch isolierende Scheibe 8, auf der die obengenannten Widerstandsschichten abgeschieden sind, ist mit einer Kerbe Oa versehen, die etwa in der Mitte des Zickzack-Widerstandsabschnittes Q vorgesehen ist und in die ein Passtift 9 während des Abscheidung3prozesses eingreift, um Ausrichtfehler zu vermeiden, die beim Aufbringen dea Zickzack-Widerstandes 6 auf die Abgriffestreifen 7¹ entstehen können. Der Schleife. J streicht über die Bahn K und seine Kontaktteile J1 ^s J5 sind schrägstehend angeordnet (Fig. 2), so daß diese Kontaktteile mit mindestens zwei Abgriffsstreifen gleichzeitig Kontakt herstellen können. Das Bezugszeichen N bezeichnet eine Anschlußklemme.

Wird ein Widerstand erfordert, ti-ssen '-'ert lorarith.nisch zunimmt, so mui3 der Wert der keilförmigen V.'iderstr.nceschicht

5 allmählich von der Anschlußklemme N in Umfangsrichtung zunehmen. Hierzu v.'i: i die Breite SI der keilförmigen Wicerstandsschicht 5 mit zunehmender Länge dieser Schicht kleiner gemacht. Mit Rücksicht auf die Herstellung besteht jedoch für die geringste Breite eine untere Grenze. Da der Widerstand proportional der Länge und umgekehrt proportional der Breite ist, weist der Zickzack-Widerstand Q eine gleichbleibende Breite S (Fig. 3) und ein Zickzack-Muster auf,-so deß innerhalb eines begrenzten Raums ein Wicierstand erreicht werden kann, der hdtier ist als der in dem keilförmigen WiderstandsabschrJ.tt bei vorgegebener Mindestbreite der Wider stiindsschicht erreichbare. Fig. 3 zeigt den Fall, daß die Breite W¹ des Zickzack-Widerstandes

6 größer ist als die Breite W des Anzapfteils B der Abgriff sstreif en 7'i während der Abstand C zwischen den Abschnitten A gleich der Breite W des Anzapfteilß B gehalten ist ο Selbst v/enn daher ein Ausrichtfehler beim Auftragen des Zidzack-Widerstandes 6 auf die Abgriffsetreifen 7' gemacht wird, d.h., wenn ein Fehler iu a<.; Lage des Anzapfteils B gegenüber dem Abschnitt A vorhanden ist (wie z.B. bei E in Fig. A), ist der Anzapfteil B immer noch auf dem Abschnitt A gelegen, wern und solange diese* Fehler kleiner 1st als die Hälfte eines Teilungsabstandes D = V-^-W¹ ist. Wenn aber der Fehler den Wert D/2 überschreitet, erhält der Abgriffsstreifen Kontakt rait den be-

nachbarten Wider 3tandsnbLi:linitt_r weil der Abstand C zwischen den Abschnitten A gleich der Breite W des Anzapftoila B gemacht ist. Das heißt, auch wenn der Fehler größer als der halbe Wert des Teilungsabstandes D wird, macht dieses keinen Unterschied zum vorigen Fall, bei dem der Fehler kleiner als die Hälfte des Teilungsabstandes angenommen war» Der Kurzschluß oder die Unterbrechung, der bzw. die dann auftritt, wc-nn der· Fehler genau die HUlfte des Teilungsabstandes D beträgt (bei F in Fig. 4), ergibt sich aua statistischen Gründen sehr selten. Die auf speziell diesem Fehler beruhende Ausschußmenge ist daher äusserst klein.

Bei der Herstellung des Widerstands entsprechend dem älteren Vorschlag (Fig. 1) greift während der Abscheidung der einzel nen Schichten ein Passtift 11 in die Kerbe 1Üa der Basis ein. Die Widerstandsschicht 2, die Abgriffsstreifen 3, 3' und 3¹¹ und die Verbindungsstreifen 4 und 4' werden unabhängig von einander abgeschieden, so daß Ausrichtfehler dieser Schichten unvermeidlich sind, wodurch sich fehlerhafte Widerstände mit ungleichmäßigen Stromflußänderungen bei einer Schleiferverstellung ergeben. Insbesondere sind dabei die Viderstandsbereiche Jeweils zu Beginn der Bereiche P¹ und Q¹ betroffen, weil hier .sich ein in Richtung der Widerstandsstreifen 2 vorhandener Ausrichtfehler zwischen den Verbindungsstreifen 4 und den Abgriffεstreifen 3¹ am stärksten Mussert. Der Fehler kann dabei die Toleranzgrenze ohne weiteres überschreiten. Andererseits können auch seit-

liehe Ausrichtfehler zwischen den Widerstandsstreifen 2, ;|

2· und den Abgriffsstreifen 3^;, 3¹¹ bzw. Verbindungßstrelfen j

4, 4' insbesondere im Bereich Q^f leicht zu Kurzschlüssen j

einzelner Widerctandsstreifen oder zu Unterbrechungen ]

führen. Deswegen erhält in Weiterbildung der Erfindung die ί

zickzackförmige Widerstandsschicht im Abschnitt Q die in |

ί Fig. 2 gezeigte Gestalt, so daß die Verbindungsstreifen ^;

4 und 4* weggelassen werden können und nur die Abgriffs- I

j streifen 7 und 7'auf die Widerstandsschichten aufzubringen | Bind. Daher können zwischen der keilförmigen Widerstands- ; schicht und der zicksackförmigen Widerstsndssehieht keine
auf Ausrichtfehler zurückzuführende Unterbrechungen auftreten. Da die Muster der Widerstandsschichten einwandfrei
Bind, vereinfacht sich die Herstellung, und es läßt sich
ein Funktionswiderstand mit großer Stabilität reproduzierbar herstellen, wobei gleichzeitig weite Widerstandsbereiche
überdeckt werden können.

Claims (2)

efr-nsprüche

1. Stufig einstellbares, nichlineare3 Potentiometer mit einer Vielzahl nebeneinander liegender Abgriffsstreifen, die einen Endes in der Bahn eines Schleifers liegen und anderen Endes eine außerhalb der Schleiferbahn angeordnete keilförmige Widerstandsschicht jeweils auf deren ganzer Dreite kontaktieren,

dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmigen Viderstandsschi *.ht (S1) keilspitzenßeitig eine Widerstandsbahn (6) in Zickzack-Kurvenform nachgeschaltet ist, deren der Schleiferbahn (K) zugekehrte Umkehrstellen (A) vou weiteren Abgriffsstreifen (7¹) in ßquidistanter Anordnung kontaktiert sind, daß eine weitere Erhöhung des Widerstandswertes zwischen Je zwei benachbarten Abgriffsstreifen längs der weiteren Schleiferbahn erreicht ist durch eine an sich bekannte entsprechende Vergrößerung der Amplitude der Zickzack-Kurvenform der Widerstandsbahn und daß bei übereinstimmendem Teilungsmaß (D) von Zickzack-Kurvenform und Abgriffsstreiien die Breite (W¹) der von den Abgriff3stieifen (7¹) kontaktierten Umkehrstcllan (A) größer ist .,Is die Breite (W) der Abgriffsstreifen.

2. Potentiometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Breite (C) der Einschnitte zwischen je 2v:ei benachbarten Urakohrstellen (A) gleich der Breite (V) der Abgriffsstreifen (7^?) ist.