Alles über Potentiometer und deren Funktionsweise

Ein Potentiometer besteht im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten: einem Widerstandsmaterial, dem bereits zuvor erwähnten Schleifer sowie mindestens drei Anschlüssen, davon zwei für den Widerstand und einen zum Abgreifen für den Schleifer. Im Inneren des Bauteils sind die beiden äußersten Anschlussklemmen mit der Komponente des Bauteils verknüpft, die als Widerstand dient. Dabei handelt es sich für gewöhnlich um einen Klotz aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material wie Kunststoff, Karbon, Graphit oder auch komplexeren Keramik-Materialien wie Cermet.

Über die Anschlüsse stellt der Schleifer den Kontakt mit der ohmschen Komponente her. Wird der Schleifer entlang der ohmschen Komponente verschoben, ändert sich im Endeffekt die Spannung, die durch das Bauteil fließt. Dies geschieht bei mechanischen Schleifern beispielsweise durch einen Drehschalter, Schieber oder eine Schraube, wie es bei Trimmpotentiometern der Fall ist.

Die sogenannte geteilte Spannung wird an der dritten Anschlussklemme erzeugt. Liegt beispielsweise eine Spannung von 16 V an dem Bauteil an und das Potentiometer ist vollständig zu dem positiven Kontakt hin eingestellt, liefert der dritte Kontakt die gesamten Spannung. Ist das Potentiometer jedoch genau zwischen den positiven und negativen Leitungen eingestellt, weist die dritte Anschlussklemme nur die Hälfte des Spannungspotentials auf, also 8 V. Wird das Potentiometer hingegen bündig mit der negativen Anschlussklemme eingestellt, liegt das Potential im Ausgang bei null. Diese Merkmale gelten jedoch lediglich bei Potentiometern mit linearem Kegel und treffen somit nicht auf alle Bauformen zu. Bei den sogenannten Trimmern wird der Schieber in aller Regel mit Hilfe eines kleinen Schraubendrehers entsprechend verschoben. Sie dienen zum Abgleichen von elektronischen Schaltungen und verhindern ein unbeabsichtigtes Verstellen bei Betrieb des Geräts.

Neben Lautstärkeregelung in Audio-Equipment sind Potentiometer oftmals auch Bestandteil von vielen weiteren Geräten sowohl im industriellen als auch im Endverbraucherbereich, zum Beispiel als:

• Motorpotentiometer: Eine typische Anwendungsmöglichkeit ist die Verwendung von mechanischen Drehgebern zur mühelosen Anpassung von Drehzahlen.
• Regelbare Widerstände: Diese dienen zur Regelung der elektrischen Eigenschaften vieler verschiedener Geräte, darunter Oszillatoren.
• Abgleichwiderstände: Bei einem sogenannten Trimmer oder „Trimmpoti“ kann der Widerstandswert nur mittels eines Werkzeugs, z.B. einem Schraubenzieher, nachjustiert werden, um unerwünschte Veränderungen zu vermeiden. Die Einstellung kann auch durch das Aufbringen eines Fixiermittels dauerhaft beibehalten werden.

Ebenso wie alle anderen elektronischen Geräte sind auch Potentiometer in speziellen Designs für bestimmte Anwendungen erhältlich, sowie in Ausführungen, die für den Einsatz unter sehr widrigen Bedingungen vorgesehen sind. So sind beispielsweise Modelle für Anwendungen im industriellen Bereich erhältlich, bei denen das Equipment, mit dem das Potentiometer verwendet wird, sehr heiß werden kann: Diese Modelle können Temperaturen von bis zu 150 °C trotzen und sind für bestimmte Umgebungen unerlässlich.

Potentiometer können jedoch auch aufgrund ihrer Windungszahl ausgewählt werden. Einfache Lautstärkeregler benötigen womöglich lediglich ein Potentiometer mit einer einzigen Windung, während Gerätschaften, die sehr präzise zu justieren sind, Modelle mit 5, 10 oder gar 15 Windungen erfordern.

Ebenso zu berücksichtigen sind Montageart, Wellendurchmesser und Anschlussart, damit bestimmte Projekte durchgeführt werden können. Diese Eigenschaften haben keinerlei Einfluss auf die elektrischen Parameter des Geräts, müssen jedoch berücksichtigt werden um sicherzustellen, dass die Geräte mühelos erreicht bzw. – im Falle von Trimmern – erreicht und nachjustiert werden können, während zugleich Schäden an dem Equipment oder Gefahr für das Personal auszuschließen sind.

Die Art des Einstellmechanismus des Potentiometers ist ebenfalls zu berücksichtigen. In manchen Anwendungen ist dieser Punkt lediglich eine Frage des Geschmacks. So kann ein Lautstärkeregler für Audio Equipment beispielsweise mühelos als Schieber oder in Form eines Drehknopfs realisiert werden. Bei manch anderen Anwendungen kann ein bestimmtes Design die Bedienbarkeit des Geräts jedoch stark verbessern. Eine Steuereinheit für die Drehzahl eines Motors wird zum Beispiel am besten in Form eines etwas größeren Drehknopfes realisiert, der ein sehr präzises fühlbares Feedback bezüglich der Anzahl an Punkten liefert, um die der Knopf verstellt worden ist, und sich somit besser eignet als ein Schieber oder ähnliches.

Potentiometer haben eine sehr hohe Betriebsdauer, müssen jedoch angesichts von Verschleißerscheinungen trotzdem manchmal ausgetauscht werden. Dabei sind sie in genügend standardisierten Größen erhältlich, sodass ihr Austausch in der Regel kein Problem darstellen sollte – wenngleich bestimmte Punkte nach wie vor zu beachten sind.

Das Ersatz-Potentiometer sollte sein ursprüngliches Pendant so gut wie nur möglich nachbilden können. In manchen Fällen muss das Potentiometer selbst nicht ausgetauscht werden, doch der Drehknopf kann Schwierigkeiten bereiten, der Schieber nicht mehr geschmeidig laufen oder eine Montagemutter ist abhandengekommen. Diese Komponenten können in aller Regel kostengünstig ausgetauscht werden, ohne das gesamte Gerät ersetzen zu müssen.

Hat das Potentiometer mit hoher Leistung zu kämpfen, kann Überhitzung zu einem Problem werden. Deshalb ist es ausgesprochen wichtig, bei der Auswahl des Geräts auf die entsprechenden Wärmetoleranzen zu achten. Hierfür sind Spannungsabfall und Stromstärke sehr präzise zu berechnen. Wird ein Regelwiderstand verwendet, nimmt die Stromstärke bei sinkendem Widerstand zu – diese Eigenschaft ist ebenfalls zu berücksichtigen. Mit Hilfe von Stromstärke und Spannungsabfall kann die Leistung berechnet werden, die von dem Gerät abgegeben wird.

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