Drahtpotentiometer

Drahtpotentiometer besitzen einige Besonderheiten und Vorteile gegenüber anderen Potentiometer-Technologien

Ratgeber Drahtpotentiometer

Draht Potentiometer

In Multiturn- und Singleturn Varianten

Mit Draht-Potentiometern werden Winkelbereiche bis zu 10800° abgedeckt. Sie erreichen Spitzenwerte bei Linearitäts- und Widerstandstoleranzen. Zusätzlich lassen sich Sonderfunktionen wie Center Taps oder Endschalter integrieren. Die Bauteile haben etwas höhere Toleranzen beim zulässigen Schleiferstrom, was in Spezialanwendungen ein relevantes Auswahlkriterium sein kann.

Das Portfolio der Drahtpotentiometer unterteilt sich in Singleturn-Varianten (bis zu 355°) und Multiturn-Produkten (bis 10800°). Das Angebot reicht von miniaturisierten Versionen, mit dem kleinsten 10-Turn-Potentiometer der Welt, bis hin zu Ausführungen mit verstärkter Wellenlagerung von bis zu 4 N. Trotz der breiten Auswahl bedürfen diese Produkte oftmals einer technischen Produktanpassung, um die Anforderungen der Applikation bestmöglich zu erfüllen.

MEGATRON ist Ihr Partner für die optimale Abstimmung des Produktes auf Ihre Applikation. Unser Anspruch ist es, jedem Kunden ganz individuell das funktionell und ökonomisch beste Ergebnis zu ermöglichen. Mit hoher Liefertreue und gesicherten Qualitätsprodukten setzen wir auf langfristige Partnerschaften und begleiten Sie über die gesamte Lebensdauer Ihrer Anwendung.


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Widerstandselement von Drahtpotentiometern

Die Herstellung des Widerstandselementes für Drahtpotentiometer stellt hohe feinmechanische Anforderungen im Produktionsprozess dar und nur einige wenige Hersteller stellen sich heute dieser Herausforderung: Es wird ein haardünner Widerstandsdraht unter einer definierten Spannung um einen Trägerkern gewickelt. Je nach Gesamtwiderstandswert werden unterschiedliche Metall-Legierungen verwendet und je nach Gesamtwiderstandswert gestaltet sich die Anzahl der Draht-Windungen um den Trägerkern. Beim Abgreifen des Spannungspotentials berührt der Schleifer nur einen geringen Teil der Windungsoberfläche. Diese Oberfläche ist aufgrund der Wicklungen jedoch nicht komplett eben. Deshalb erzeugen Drahtpotentiometer im Ausgangssignal sogenannte Windungssprünge, die sich als kleine Stufen äußern.

Draht-Element


Auflösung von Drahtpotentiometern

Hochohmige Drahtpotentiometer haben eine höhere Auflösung
Eine bessere Auflösung erreicht man bei Drahtpotentiometern am einfachsten, indem man die Anzahl der Windungen erhöht. Dadurch liegen die Windungen dichter und die oben beschriebenen Sprünge im Ausgangssignal werden kleiner. Da die Drahtlänge dadurch zunimmt, steigt der Gesamtwiderstandswert. Je nach Anwendung ist dies von Vorteil, wenn beispielsweise eine geringe Verlustleistung gewünscht ist. Aufgrund dieses Zusammenhangs muss bei der Auswahl der Parameter oft ein Kompromiss zwischen Auflösung und Gesamtwiderstand eingegangen werden.

Formel zur Auflösung:
Beispiel Serie RP19/20

  • max. elektrischer Einstellweg ist 355°
  • @ 5 kOhm, 1000 Windungen

Formel: 355° / 1000 Windungen = ca. 0,355 Grad

 

Die Winkelposition kann einfach mithilfe nachstehender Formel ermittelt werden:

\(θ = \frac {Vout} {Vin} * \text{elektrisch wirksamer Drehwinkel}\)

Beispiel: \(θ = \frac {4} {5} * 355° \approx284°\)

Misst man bei einem Winkelbereich von insgesamt 0° bis 355° und einem Spannungsbereich von 0 bis 5 V ca. 4 V am Schleifer, entspräche das ca. einem Winkel von 284°. Dies ist allerdings ein theoretischer Wert, da Potentiometer an den Endpositionen einen toten Gang und Widerstandstoleranzen aufweisen.


Beschaltungsarten von Drahtpotentiometern

Die zulässige Belastung des Signalausganges wird durch den max. erlaubten Schleiferstrom beschränkt. Drahtpotentiometer eignen sich prinzipiell auch für Applikationen mit sogenannter Rheostat-Beschaltung als veränderlicher Widerstand, wo eine gewisse Grundlast auftritt. Wir empfehlen dennoch die Spannungsteiler-Schaltung, weil nur so Güte und Funktion unserer Drahtpotentiometer voll ausgenutzt werden können.
Da aber in einigen Applikationen (wie bei Nutzung älterer speicherprogrammierbarer Steuerungen) oft keine Möglichkeit zur Realisierung einer Spannungsteilerschaltung besteht, können hier Potentiometer mit Drahttechnologie verwenden werden. Sie halten innerhalb der spezifizierten Leistungsgrenzen den belastenden Schleiferströmen stand, ohne Schaden zu nehmen.


Belastbarkeit des Widerstandselementes

Beispiel Spannung U Widerstand R Leistung P Applikation möglich?
1 20 V 1 kΩ 0.4 Watt ja
2 30 V 1 kΩ 0.9 Watt nein
3 30 V 5 kΩ 0.18 Watt ja
4 100 V 10 kΩ 1 Watt nein
5 100 V 20 kΩ 0.5 Watt ja

Beispiel Serie RP22    

  • max. Belastbarkeit 0,5 Watt
  • lieferbare Widerstandswerte (10..500 Ω) 1, 2, 5, 10, 20 kΩ

Für die Verlustleistung gilt:
P = U² / R (Leistung P = Spannung U² / Widerstand R)

Anhand dieses Berechnungsbeispiels ist sofort erkennbar, dass bei einer Betriebsspannung von 30 V das Potentiometer mit 1 kΩ nicht eingesetzt werden kann, weil sonst die Leistung, mit der das Widerstandselement belastet wird, zu groß wird. Bitte berücksichtigen Sie noch die zusätzlichen Restriktionen für die Umgebungstemperatur.


Widerstandselement im Vergleich

WiderstandselementLeitplastikDrahtHybrid
Lebensdauer++0+
Signalqualität / Auflösung+++++++
Linearität+++++++
Elektrischer Einstellwegmax. 360°10800°max. 3600°
Verstellgeschwindigkeit++-++
Max. Last am Schleifer-+-
Schock / Vibration-----

Legende: +++ beste | ++ sehr gut | + gut| 0 OK | - niedrig | -- ungünstig | --- nicht geeignet


Entscheidungshilfe

Draht-Potentiometer sind als Ein- und Mehrwendel-Versionen  verfügbar. Mit Drahtpotentiometern können sehr gute Linearitäten und sehr hohe elektrisch wirksame Drehwinkel für Singleturn bis 355° und für Multiturn bis zu 10800° erreicht werden. Bei Anwendungen mit hohen Anforderungen an Widerstandstoleranzen sind Drahtpotentiometer die richtige Wahl.

RP19/20 Singleturn

Serie 46 Multiturn

Drahtgewickelt im Vergleich zu Leitplastik-Potentiometern

Aufgrund der unebenen Natur der Wicklung des Widerstandsdrahtes ergibt sich eine leichte Stufung des Ausgangsignals. Des Weiteren entsteht im Laufe der Zeit ein höheres elektrisches Rauschen bedingt durch den höheren Abrieb als dies bei Leitplastik- oder Hybrid-Potentiometern der Fall ist. Die beste Linearität hingegen wird bei Leitplastikpotentiometer erreicht. Darüber hinaus ist die Lebensdauer bei Leitplastik-Potentiometern die höchste unter allen Technologien.

Die Drahttechnologie ist etwas robuster gegenüber niederfrequenten Schock- und Vibrationsbelastungen im Vergleich zu Leitplastikpotentiometern, allerdings empfehlen wir, wenn möglich, bei Vibrationseinflüssen grundsätzlich Sensoren auf Basis kontaktloser Messprinzipien einzusetzen.

Bei sehr langsamen Durchstellbewegungen ergibt sich zwischen Schleifer und Widerstandselement eine „schleichende" Kontaktgabe. Unter solchen Bedingungen ist ein sicherer elektrischer Übergang nur dann gewährleistet, wenn der Kontakt mit einem bestimmten Mindeststrom beaufschlagt wird. Erfahrungsgemäß sind etwa 100 μA für diesen Zweck am Schleifer ausreichend. Jedoch empfehlen wir für solche Messaufgaben mit sehr langsamen Durchstellbewegungen Leitplastik- oder Hybridpotentiometer einzusetzen.

Drahtpotentiometer eignen sich nicht für Verstellgeschwindigkeiten größer als 40 Udr./min. Für höhere Forderungen sind unsere Leitplastik- und Hybrid-Potentiometer bis 400 Udr./min. ausgelegt.

Besonders im sicherheitskritischen Bereich kommen bei einigen Modellen Endschalter zum Einsatz. Diese detektieren, wenn ein Multiturn-Potentiometer die mechanische Endstellung erreicht hat. Die verwendeten Mikroschalter haben getrennte Anschlüsse und weisen eigene Spezifikationen bezüglich der maximalen  Schaltleistung auf.

Drahtgewickelte Potentiometer werden gerne als Handeinsteller verwendet

Häufig werden Multiturn-Potentiometer mit Drahtwiderstand zur Sollwertvorgabe in Handeheld-Applikationen eingesetzt, weil hohe Lebensdauereigenschaften und extrem präzise Toleranzen wie sie Hybrid-Potentiometer aufweisen, für diese Anwendungen meist zweitrangig sind. Zusätzlich kann die etwas bessere Schockverträglichkeit von Drahtpotentiometern im niederen Frequenzbereich für diese Applikationen von Vorteil sein. Wenn sowohl hohe Lebensdauer, enge Linearität als auch hoher elektrisch wirksamer Einstellbereich erforderlich sind, kommen Hybrid-Potentiometer zum Einsatz.


Produktanpassungen

Unsere Drahtpotentiometer stehen in Bushing- oder Servoflansch-Versionen mit ihren speziellen Eigenschaften zur Auswahl. Eine Vielzahl ist mit oder ohne mechanischen Stopp, mit optional rückseitiger Welle, Mittenanzapfung und in Tandem- / Mehrgangausführungen verfügbar. Wir bieten als Sondervarianten Anpassungen wie zum Beispiel Achsmodifikationen, spezielle Drehmomente, abgedichtete Gehäuse, spezielle elektrische und mechanische Drehwinkel, spezielle Widerstands- und Linearitätstoleranzen, Montage von Antriebsrädern und sonstigen Mechanikteilen, Konfektionierung von Kabeln und Steckern u.v.m. Als Spezialist für industrielle Sensorik sind wir der ideale Partner für Ihre Applikation, da wir, neben der Erfüllung der technischen Anforderungen, hohe Ansprüche an Qualität und Liefertreue haben.

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