Potentiometer – die verkannte Größe

Mithilfe von Potentiometern werden Sollwerte an Maschinen und Anlagen eingestellt. Bild: gen_A/Adobe Stock

Ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis, die kleine Bauform sowie ein breiter Temperaturbereich und die Unempfindlichkeit gegenüber Röntgen- bzw. Gammastrahlung: All das sind Eigenschaften von Potentiometern. Die Bauelemente leisten wertvolle Dienste als solide, wirtschaftliche Absolutwertgeber für die Sollwertvorgabe oder Istwert-Rückmeldung. Die Tatsache, dass Potentiometer in unzähligen Anwendungen als Sensoren arbeiten, ist oftmals nicht geläufig. Dabei haben diese analogen passiven Bauelemente durchaus Vorteile gegenüber digitalen Sensoren.

Drahtpotentiometer werden unter anderem für die Sollwertvorgabe in Maschinen und medizintechnischen Geräten verwendet. Alle weiteren Bilder: Megatron Elektronik GmbH & Co. KG

Die Welt wird digital und denkt digital

Was beim Einsatz digitaler Sensoren verloren geht – also das, was vieles einfacher, verständlicher und schneller auswertbar macht – wird häufig vermisst und dann aufwendig reproduziert. Wann ist zum Beispiel bei analogen Absolutwertgebern wie Potentiometern ein Signal links, rechts oder unterhalb respektive oberhalb eines Bezugspunktes? Das Vorzeichen des analogen Ausgangssignals oder gar ein zusätzlicher Abgriffpunkt an der Schleiferbahn machen es klar. Es ist keine zusätzliche Auswertung für eine Bereichserkennung oder keine Richtungserkennung nötig.

Das Signal ist einfach analog und absolut. Es steht ohne Verzögerung – „just in time“ – zur Verfügung und muss nicht erst errechnet werden. Bei digitaler Technik ist das anders, denn hier braucht es eine Elektronik zwischen der mechanischen Messwertaufnahme und der Ausgabe. Die Berechnung dauert zwar nur Milli- oder Mikrosekunden, aber der Wert ist eben nach einer gewissen Zeit erst wieder aktuell. Und wenn bei digitaler Signalverarbeitung ein Absolutwert gewünscht ist, dann ist dieser quantisiert, weil er mittels Wandler generiert wird und „Treppenstufen“ aufweist. Die Elektronik verzögert aber nicht nur, sie kann auch fehlerbehaftet sein und durch Umgebungsfaktoren wie Temperaturschwankungen, Magnetismus, Induktivität und elektromagnetische Strahlung beeinträchtigt werden. Potentiometer bleiben hier gelassen.

Kommt unter anderem als Winkelsensor an Roboterarmen zum Einsatz: Das Hohlwellen-Leitplastikpotentiometer MHP16.

„Gewusst wie“ ist der technologische Vorsprung

Ein Grund ist die Spannungsteilerschaltung: Mit ihrer Hilfe umgeht die analoge Auswertung Probleme, die durch äußere Einflüsse entstehen können. Wenn doch einmal ein Rheostat oder Leistung – wie z. B. bei der Ansteuerung von Ventilen – gefragt ist, ist ein Drahtpotentiometer die richtige Wahl. Sind Lebensdauer, gute Linearität und geringe Verlustleistung gefordert, macht ein Leitplastikpotentiometer das Rennen. Genügt eine Ausführung mit einer einzigen Umdrehung nicht den Anforderungen nach Auflösung, Genauigkeit oder taktilem Gefühl, kann der Konstrukteur auf Versionen mit 3, 5, 10, 15, 20 oder sogar 30 Umdrehungen zurückgreifen.

Will man auf die Anfangs- und Endposition rechtzeitig vorbereitet sein, dann geben Mikroschalter Bescheid. Sicherheitsaspekte in Hinblick auf eine Redundanz lassen sich einfach durch die Mehrfachanordnung von Potentiometern realisieren. Sind diese Vorteile dem Konstrukteur bekannt, können sie auf kleinstem Bauraum in der Applikation realisiert werden.

Sämtliche Potentiometer werden bereits in relativ kleinen Stückzahlen kundenspezifisch modifiziert.

In der Medizintechnik ist und bleibt das Potentiometer das Maß der Dinge

Keine andere Technologie macht dem Potentiometer seinen Rang als Analog-Einsteller streitig. Die allgegenwärtige Röntgen- bzw. Gammastrahlung kann ihm nichts anhaben. Silizium hingegen wird hierdurch zerstört und Mylar-Scheiben von Impulsgebern vergilben durch die Strahlung, was das Erkennen der Striche auf der Impulsscheibe zunehmend erschwert. Im Gegensatz zu digitalen Drehgebern müssen Potentiometer nicht mit einer kostenintensiven Schirmung vor dieser Strahlung geschützt werden. Ihre Strahlenresistenz macht die Bauelemente zum idealen Positionsrückmelder in Anwendungen, in denen elektromagnetische Strahlung gezielt genutzt wird. Wer will schon immer beim Einsetzen der Strahlung den Sollwertgeber oder Joystick aus dem Gefährdungsbereich entfernen? Auch hier lautet die Lösung: Potentiometer als Sensorelement.

Ständige Bewegung erfordert Durchhaltevermögen und Standfestigkeit

Wenn zur Anforderung der Langlebigkeit noch der Kostenfaktor hinzukommt – wie z. B. bei der Positionserfassung der Tänzerwalze in einer Druckmaschine – sind Leitplastikpotentiometer der Absolutwertgeber der Wahl. Das gilt vor allem auch für Seilzugaufnehmer in Massenprodukten. Ohne Potentiometer, auf Grund der Messlängen bevorzugt im Mehrwendelbereich, ist dies nicht denkbar. Die preiswerte Standardvariante sind hier Mehrwendel-Drahtpotentiometer. Die Ausführung als Multiturn-Hybrid-Potentiometer verfünffacht kurzerhand die Lebensdauer. Eine Realisierung mit kontaktlosen True-Power-On-Sensoren würde den Preisrahmen sprengen, denn sie kosten ein Vielfaches eines Multiturn-Potentiometers und sind auf Grund der internen Elektronik weniger strahlungsresistent. Das Thema Seilzugaufnehmer und Patientenliegen hätte sich hier erübrigt.

Breiter Temperaturbereich und vielfältige Spannungsversorgung

Kaum jemand denkt beim Einsatz in einem breiten Temperaturband speziell an ein Potentiometer, das sollte man aber tun. Vor allem wenn es um die Realisierungskosten geht. Welcher Sensor ist im Niedrigpreissegment schon im Bereich von -20…+105°C einsatzbereit, ohne empfindliche Zusatzkosten für Wärme- oder Kälteschutz? Ein weiterer Trumpf von Potentiometern ist die Vielseitigkeit in Bezug auf die Spannungsversorgung. Unter Berücksichtigung der Verlustleistung kann das Potentiometer mit 3,3 V, 5 V, 9 V, 12 V, 24 V, 48 V … betrieben werden, ohne dass eine spezifische Spannungsversorgung generiert werden muss. Das Potentiometer gibt sich mit dem vorhandenen Wert im System zufrieden.

Anpassungen an die Applikation

Potentiometer bieten eine Bandbreite an Standard-Optionen, um die Bedürfnisse der Applikation zu erfüllen. Reichen die Optionen nicht aus, sind weitere Maßnahmen und Optimierungen möglich. Meist handelt es sich um den Anbau von Komponenten wie Zahnräder oder Anpassungen für den elektrischen Anschluss. Auch Optimierungen an der Welle, am Drehmoment oder eine Modifikation des elektrischen oder mechanischen Drehwinkels sowie eine Erhöhung des IP-Schutzes gehören dazu. Die Potentiometer von Megatron werden schon ab relativ kleinen Stückzahlen anwendungsspezifisch modifiziert. Dabei wird gemeinsam mit dem Kunden die funktionell und ökonomisch optimale Lösung für die jeweilige Applikation ermittelt. Die Basis für die passgenauen Potentiometer ist das sehr breite und tiefe Sortiment an Potentiometer-Serien mit ihren spezifischen Eigenschaften. Anwender bekommen dank der Megatron-Services alles aus einer Hand.