Leitplastik Potentiometer

Einsatzgebiete für Potentiometer
Das Potentiometer ist das Urgestein unter den Sensoren. Es ist beliebt, weil es einfach in die Applikation zu integrieren ist, der Stromverbrauch gering ist, das Signal ohne Rechenzeiten sofort zur Verfügung steht und vor allem erprobt und seine Funktionsweise bekannt ist.
Im Grunde sind Potentiometer überall dort im Einsatz, wo Einstellungen gemessen werden müssen. Die Vielzahl an Potentiometer-Typen und deren Varianten deckt eine sehr breite Applikationslandschaft ab. Die Unterschiede der Potentiometer zeigen sich bereits innerhalb der jeweiligen Potentiometer-Technologie. Es hängt also immer von der jeweiligen Applikation ab, ob das Potentiometer für die vorgesehene Aufgabe geeignet ist. Allgemein gilt, dass Potentiometer
nicht für hohe mechanische Schockbelastungen und nicht für hohe Drehzahlen > 400 U./min. geeignet sind, jedoch als unempfindlich gegen EMV-Einflüsse und unempfindlich gegen ESD-Einflüsse gelten, da sie passive Bauelemente sind.

Was ist ein Potentiometer?
Das Potentiometer - auch Poti genannt - wurde von Johann Christian Poggendorff 1841 erfunden. Es wird als Eingabeelement und Sensor schon seit Anbeginn der kommerziellen Nutzung in der Elektrotechnik verwendet. Im Prinzip sind Aufbau sowie Funktionsweise bei allen „Potis“ gleichgeblieben. Sie besitzen ein sogenanntes Widerstandselement mit einem beweglichen Schleifkontakt (wiper), der auf einer Widerstandsbahn ein Spannungspotential abgreift. Potentiometer sind also variable Spannungsteiler. Die Widerstandsbahn (resistance element) ist bei Drehpotentiometern kreisförmig und bei Schiebepotentiometer linear ausgeführt. Für die Anbindung an die Applikation besitzen rotative Potentiometer einen mechanischen Anschluss (in der Regel eine Welle) und elektrische Anschlüsse (in der Regel drei).

Elektrischer Anschluss und Signalausgang von Potentiometern
Potentiometer besitzen in der Regel drei Anschlüsse: zwei für das Widerstandselement und einen für den Schleifer (Signalausgang). Folgt man einem üblichen Anschlussbild für ein Potentiometer und legt an dem definierten Anschluss „eins“ 0 V, am Anschluss „drei“ 5 V an und dreht die Welle des Potentiometers, so wird über Anschluss „zwei“ (am Schleifer) das Spannungssignal von 0 bis 5 Volt „ausgegeben“. Ein absolutes Analogsignal steht ohne Einschaltverzögerung und Rechenzeiten sofort zur Verfügung. Der Wert des Signalausgangs ist abhängig von der angelegten Spannung im Verhältnis zur Position des Schleifers auf der Widerstandsbahn. Durch eine Positionsänderung mittels Drehbewegung und Drehrichtung lässt sich ein Spannungsunterschied zwischen Position A und Position B detektieren und somit die Stellung in Winkelgrad bestimmen. Unsere Potentiometer bieten fast ausschließlich ein lineares Ausgangssignal. Ausnahmen sind unsere Sinus-/Cosinus-Potentiometer.

Potentiometer-Technologien
Unsere Präzisionspotentiometer sind in drei verschiedenen Widerstandselementen (Technologien) erhältlich. Dabei ist das jeweilige Widerstandselement massgeblich verantwortlich für Güte und Funktion in der Anwendung. Drahtpotentiometer besitzen eine Widerstandsbahn aus Draht, der meist um eine Keramik gewickelt ist, die Leitplastik-Potentiometer haben eine Widerstandsbahn aus leitendem Kunststoff und bei den Hybridpotentiometer ist die Widerstandsbahn aus der Kombination Draht und Leitplastik.

Drahtpotentiometer
Sie können prinzipiell auch als variabler Widerstand (in sogenannter Rheostat-Schaltung) verwendet werden. Wir empfehlen dennoch die Spannungsteiler-Schaltung, da die Bauteile dafür entworfen wurden. Es gibt sie in sogenannten Singleturn (< 360°) und Multiturn (> 7200°) Ausführungen. Sie haben bedingt durch den Abrieb eine begrenzte Lebensdauer und durch den Windungssprung der Drahtwicklungen „Stufen“ im Ausgangssignal, die sich bei Bewegung des Schleifers als Rauschen äussern.

Leitplastik- und Hybridpotentiometer
Beide Technologien dürfen niemals als variabler Widerstand (Rheostatschaltung), sondern nur in der Spannungsteiler-Schaltung verwendet werden. Leitplastik gibt es nur als Singleturn- und Hybrid nur als Multiturn-Varianten. Hybridpotentiometer ermöglichen es, die Vorteile von Leitplastikpotentiometern auch bei Multiturn-Potentiometern zu nutzen. Sie haben eine deutlich höhere Lebensdauer, weil die Widerstandsbahn sehr glatt ist. Sie besitzen darüber hinaus eine theoretisch unendliche Auflösung, ein besonders glattes Ausgangssignal, eine überragende Linearität und erlauben höhere Drehzahlen.

Multigang-/Tandem-Potentiometer
Wenn in Anwendungen Redundanz der Sensorik gefordert ist, werden oft sogenannte Mehrfachpotentiometer (Multiganged-Potentiometer, Tandem-Potentiometer bei doppelter Ausführung) eingesetzt. Das Einsatzgebiet erstreckt sich vom Maschinenbau bis hin zur Luftfahrt. Damit die engen Linearitätstoleranzen der Potentiometer ihre Güte beibehalten, gilt es zu beachten, dass die im Betrieb erzeugte Wärme, bedingt durch den aneinandergereihten Aufbau, nicht die Eigenschaften des Potentiometers negativ beeinflusst. Deshalb ist es notwendig, die Nennbelastung gemäss der Tabelle zu reduzieren.

Ölgefüllte Potentiometer
Der Einsatz von ölgefüllten Potentiometern erfolgt üblicherweise in speziellen Applikationsumgebungen, in denen beispielsweise aggressive Gase, schädliche Salze oder Feuchtigkeit ein Problem sein können. Diese Potentiometer zeichnen sich zudem dadurch aus,
dass der Schleiferübergangswiderstand besonders stabil über die gesamte Lebensdauer ist, da durch die Ölfüllung Korrosion am Schleifer bzw. in der Nähe des Schleifers unterdrückt wird. Einige Anwendungen dieser Potentiometer sind z.B. Steuerungen in Bereichen wie Schiffsbau, elektrische Anlagen an der Küste, Gruben und Bergwerke, Eisenhütten, chemische Anlagen und Werkzeugmaschinen. Einige Anwendungen jedoch erfordern zusätzliche Zulassungen, beispielsweise Explosionsschutz, die für jede Anwendung bei Bedarf separat eingeholt werden müssen.

Messverstärker/Signalkonverter für Potentiometer
Potentiometer bieten als passive Bauelemente keine standardisierten Ausgangspegel wie z.B. 0..10 V, 4..20 mA. Bitte beachten Sie, dass das Ausgangssignal der Potentiometer mittels Spannungsteilerschaltung abgegriffen werden sollte und so über den Ausgang quasi kein Strom fliesst. Das Signal selbst als Spannungs- bzw. Stromquelle für einen Konverter zu nutzen, fällt damit weg. Um trotzdem standardisierte Signale in einem einfachen Aufbau zu erzeugen, bieten wir Messverstärker, die mittels externer Spannungsversorgung erlauben, standardisierte Signale zu erhalten.

IP-Schutzart
Beinahe alle unsere Potentiometer sind mit der Schutzart IP40 spezifiziert und fast alle können wellenseitig mit einem Wellendichtring auf die Schutzart IP65 erhöht werden. Ist eine höhere Schutzart z. B. für das Gehäuse gefordert, erfüllen die Serien MFP500 und AL17IP sowie die ölgefüllten Serien OFH, OF5001, OF30, OF50 diese Anforderung. Für zahlreiche Potentiometer-Serien bestehen Optionen, die ein abgedichtetes Gehäuse ermöglichen.

Drehmoment der Welle
Unsere Potentiometer werden mit Präzisionskugellagern oder Gleitlagern angeboten. Generell besitzen Potentiometer mit Präzisionskugellagern ein geringeres Drehmoment als Potentiometer mit Gleitlager. Servoflansch-Potentiometer sind prinzipiell immer kugelgelagert. Für alle Potentiometer besteht die Möglichkeit, das Betriebsdrehmoment zu verändern (z. B. 2 bis 3 Ncm @ Raumtemperatur). Neben den angenehm haptischen Eigenschaften verhindert eine erhöhte Drehhemmung eine unbeabsichtigte Verstellung durch Vibrationen der Maschine. Eine breite Auswahl an vormontierten Sets und Einstellknöpfen stehen für Ihre Anwendung bereit.

Mechanische Anschläge & Rutschkupplung
Mechanischer Stopp oder ohne Stopp (Anschläge)
Meist wird der mechanische Endstopp für Applikationen zur Sollwertvorgabe per Hand verwendet. Bitte beachten Sie das max. zulässige Anschlagdrehmoment und dass alle Multiturn-Potentiometer einen mechanischen Endstopp haben. Bei Potentiometern ohne mechanischen Stopp tritt beim Überdrehen der Enden eine Spannungsschwankung auf. Verwenden Sie die Ausgangssignale dieses Endbereichs nicht als Nutzsignal.
Rutschkupplung
Rutschkupplungen werden bei unseren Multiturn-Potentiometern verwendet. Der Hauptzweck der Rutschkupplung besteht darin, den mechanischen Stopp vor Beschädigung zu schützen. Wird die Kupplung jedoch dauerhaft beansprucht, kann sie schneller verschleißen und ihre Lebensdauer wird verkürzt. Bitte berücksichtigen Sie diesen Effekt.

Justage, Einbauarten und Löthinweis
Nullpunktjustage
Die Nullpunktjustage kann mit einem Schraubendreherschlitz an der Welle komfortabel gestaltet werden. Die Möglichkeit einen Schraubendreherschlitz auf der Welle zu integrieren, besteht für alle Serien mit Welle und ist bei einigen bereits standardmäßig umgesetzt. Für Potentiometer mit Servoflansch ist die Nullpunktjustage durch einfaches Verdrehen des Potentiometer-Gehäuses möglich. Dazu müssen die Synchroklemmen zuvor gelockert werden.
Löthinweis
Zum Verlöten der Anschlüsse dürfen Lötkolben mit max. 60 W verwendet (< 350 °C) und höchstens drei Sekunden angesetzt werden.
Einbauarten
Bei der Panelmontage gilt, das Potentiometer mit Welle in eine passgenau gefertigte Bohrung ohne Spiel zu montieren. Bitte planen Sie bei Potentiometer mit Fixierstift, dem sogenannten Verdrehschutz-Pin, ein entsprechendes Bohrloch mit ein. Bei Hohlwellen-Potentiometern muss eine starre Fixierung des Gehäuses vermieden werden. Denn die Hohlwelle ist nicht geeignet, die Lagerungsfunktion der Betätigungswelle zu übernehmen. Die Angaben im Datenblatt zur Gehäusetiefe sowie Gehäusedurchmesser berücksichtigen nicht die Dimensionen der elektrischen Anschlüsse. Bitte beziehen Sie bei beengtem Einbauraum vor allem die Ausrichtung der Anschlüsse und den zusätzlich nötigen Raum dafür ein.

Hysterese / Backlash
Beim Überfahren der Widerstandsbahn durch den Schleifer in eine Richtung wird an einer bestimmten Stelle(α1) ein bestimmter elektrischer Wert (U1) erreicht. Wenn der Schleifer in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird, dann wird derselbe elektrische Wert an einer anderen Stelle (an einem anderen Winkel, α2) erreicht. Dieser Unterschied wird in Winkelgrad angegeben und Hysterese oder Backlash genannt. Die Hysterese beschreibt somit gewisse Auswirkungen auf die Genauigkeit der Messungen. Das Ausgangssignal kann durch diesen Effekt zwei verschiedenen Winkelwerten zugeordnet werden, die abhängig von der Schleiferrichtung sind.

Linearität
Die Linearität drückt die Abweichung der Ausgangsspannungskurve vom theoretischen, idealen Verlauf aus. Üblicherweise wird für Potentiometer die unabhängige Linearität spezifiziert, die keinen Durchgang der Geraden durch den Nullpunkt fordert. Um diese zu ermitteln, wird eine optimale Gerade durch die tatsächliche Ausgangsspannungskurve gezogen, so dass die Abweichungen der Kurve von der Geraden minimiert werden. Die Abstände in der Abbildung stellen die spezifizierte unabhängige Linearität dar, diese wird in Prozent angegeben. Je geringer der Linearitätswert, desto geringere Abweichungen vom richtigen Messwert sind zu erwarten.

Produktanpassungen und Optionen
Seit über 60 Jahren steht MEGATRON als zuverlässiger Partner für Ihr Design-in zur Verfügung. Neben der vielfältigen Anzahl an Optionsmöglichkeiten unserer Sensoren bieten wir bereits ab geringer Stückzahl spezifische Ausführungen, die genau Ihren Applikationsanforderungen entsprechen. Ob es sich um ein Prototyp-Projekt oder um eine Serienfertigung handelt – wir unterstützen Sie gern.