DD202758A1 - Kraftaufnehmer fuer direkte kontaktkraftmessungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer zur direkten Messung von Kontaktkraeften an ruhenden oder bewegten Kontakten in Kontaktbauelementen, wie Steckverbinder, Relais und Schalter. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines leicht handhabbaren, zur unmittelbaren und zerstoerungsfreien Messung geeigneten Kraftaufnehmers, der es gestattet, die Normalkraft an originalen Kontaktbauelementen an der Kontaktberuehrungsstelle zu messen. Der erfindungsgemaesse Kraftaufnehmer besteht aus einem mit einer dem Messobjekt angepassten Messspitze ausgebildeten magnetischen Kreis, der mindestens mit einer aktiven Wicklung versehen ist. Die Messspitze besitzt mindestens einen Spalt, der im Verformungsbereich mit einem elastischen nichtmagnetischen Werkstoff ganz oder teilweise ausgefuellt ist. Der Spalt ist so angeordnet, dass die angreifende Kraft die mittlere Spaltbreite veraendert, was mit bekannten elektronischen Mitteln auswertbar ist. Der Kraftaufnehmer ist zur Loesung messtechnischer Aufgaben der Kontaktbauelementeindustrie, der Feinmechanik und des Feingeraetebaus geeignet.

Description

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a) ffitel der Erfindung

Eraftaufnehmer für direkte Eontaktkraftmessungen

h) Anwendungsgebiet der Efindung

Die Erfindung betrifft einen Kraftaufnehmer für direkte Eontaktkraftmessungen an ruhenden oder bewegten elektrischen Eontakten, vorzugsweise solchen Eontakten, die in Steckverbindern, Eelais oder Schaltern zum Einsatz gelangen, und dient der Eontrolle und Absicherung der Qualität der genannten Bauelemente· Die Erfindung besitzt eine hohe Bedeutung für die üontaktentwicklung und Eontaktanwendung*

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Messung von mechanischen Eräften ist aus der 2215232 eine Vorrichtung bekannt geworden, die beispielsweise aus einem Wickelbandkern und Querbohrungen für Wicklungen besteht und die die magnetostriktion ausnutzt· Eine derartige Vorrichtung ist aufgrund ihres Wirkprin-

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zips und der Konstraktion nur für große Kräfte, wie sie etwa in Walzwerkgerüsten auftreten, brauchbar und für Messungen an elektrischen Kontakten ungeeignet· Aus der DD-PS 115 754- ist eine Vorrichtung zum Messen mechanischer Kennwerte ·νοη Kontaktfedern elektrischer Steckverbinder bekannt, bei der das Meßobjekt in einer mechanischen Vorrichtung gehaltert ist und mittels Kontakttor eine mechanische Kraft aufgebracht wird·

Die Messung des Ytfeges erfolgt dabei über ein Meßmikroskop beziehungsweise Profilprojektor·

Die Kachteile dieser Vorrichtung liegen in der Unhandlichkeit der Mechanik und der Kopplung an ein optisches Meßsystem sowie der Begrenzung der Meßmöglichkeit auf Einzelkontakten beziehungsweise Kontakten in aufgeschnittenen Isolierkörpern·

Eine Messung an originalen Bauelementen ohne Zerstörung ist in den seltensten Fällen möglich·

Der Stand der Technik bietet außerdem die Möglichkeit des Modells (siehe Malucci, R.P. in Electrical Contacts 78, Chicago, 11. - 15- September 1978, Seite 153 - 158)· Diese Veröffentlichung beschreibt das vergrößerte Modell einer Schlitzklemme zur Erarbeitung von Entwicklungskriterien, bei dem die wirkende Hormalkraft unter Zuhilfenahme von an den Schenkeln angebrachten Dehnmeßstreifen über Dehnungs-Kraftumrechnung bestimmt wird· Alle auf Modelle und mechanische Vorrichtungen beruhenden Meßanordnungen haben den Nachteil, daß eine einfache und zerstörungsfreie Messung am fertigen Bauelement unter realen technologischen Bedingungen nicht möglich ist·

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d) Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Kraftaufnehmer für direkte Kontaktkraftmessungen zu schaffen, mit dem die dem Stand der Technik anhaftenden Mangel, wie-mittelbare Messung, hoher mechanischer Aufwand und die vielmals notwendige Zerstörung der Bauelemente, beseitigt werden. Außerdem soll die Erfindung gegenüDer dem bisher Bekannten mit geringem Zeit- und ineßtechnischen Aufwand Messungen in großem Umfang Dia zu automatischen Reihenmessungen mittels NC-Positioniereinheiten ermäglichen.

e). Darlegung des 7t es ens der Erfindung

-Die technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die. Aufgabe zugrunde, einen Kraftaufnehmer für direkte Kontaktkraftmessungen zu schaffen, der es gestattet, die Normalkraft an originalen elektrischen oder elektronischen Bauelementen an. der Kontaktberührungssteile zerstörungsfrei und unmittelbar zu messen, und der sich, den Erfordernissen des Meßobjektes anpaßt und ein Signal, das zur wirkenden Kraft in. festen Zusammenhang steht, abgibt.

-Merkmale der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zur direkten Kantaktkraftmessung entwickelte mag-

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netische Kraftaufnehmer aus einem iait einer dem Meßobjekt angepaßten MeBspitze ausgebildeten magnetischen Kreis besteht, der mit mindestens einer aktiven Wicklung versehen ist, wobei die Meßspitze mindestens einen Spalt besitzt, der so angeordnet ist, daß sich bei Krafteinwirkung auf die Meßspitze die mittlere Spaltbreite and damit der magnetische Widerstand ändert·

Zur Erhöhung der meßbaren Eraft kann in vorteilhafter Weise in den Spalt ein-geeigneter elastischer werkstοϊΓ mit unmagnetischen Eigenschaften eingebracht werden·" Die Änderung des magnetischen Widerstandes ist meßteehnisch auswertbar und bis aux Konstanten direkt von der Eraft abhängig.

Die vorteilhafte Ausgestaltung des zur Meßspitze auslaufenden magnetischen Kreises gestattet das unproblematische Messen in engen Schlitzen und üxinungen, wie sie xür Kontaktbauelemente typisch sind· -

Die meßspitze wird in inrer äußeren geometrischen jporm den Meßerxoraernisaen angepaßt· Die Signalaufbereitung erxolgt aui exekt;x⁴unischem Weg in bekannter Weise, etwa durcn eine Brückenschaltung·

Zur Temperaturkompensation kann em weiterer unbenutzter Kraftaufnehmer an einen ersten Kraf caurnehmer thermisch gekoppelt werden·

Zur Kompensation von geometrischen -Abhängigkeiten des Kraxtangrii-xspunktes und komplizierten elastischen Verxormungen ist der wirkende Bpalt hinsichtlich Breite und üorm den meßeriordernissen anpaßbar, so daß Abweienungen des Kraxi/vektors von der normalen der Spaltebene und eine Abweichung der Spaltrlächen der Äbene selbst zur Anwendung kommen· Die Geometrie des Spaltes ist sowohl rechnerisch' als auch empirisch ermittelbar·

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Für weitere Kompensationen von Mchtlinearitäten stehen bekannte Mittel, wie elektronische Maßnahmen und der Einsatz von- Eichkurven, zur Verfügung·

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die konstruktive 'Trennbarkeit von Meßspitze und magnetischem Kreis, so daß ein leichter Meßspitzenwechsel durchführbar ist;» Dabei kann der magnetische Kreis wieder mehrteilig aufgebaut werden.

Durch die vorteilhafte Entwicklung des Kraftaufnehmers werden die Nachteile der bisher bekannten Meßvorrichtungen beseitigt und zudem die Möglichkeit geschaffen, automatische Reihenmessungen durchzuführen.

f) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. ·

In der Zeichnung stellen dar:

Fig· 1: den Kraftaufnehmer in einfachster Bauart; Pig· 2+3: einige Varianten der Meßspitzengestaltung j Fig. 4-: die getrennte Ausführung Kraftaufnehmer und Meßspitze»

Der in Pig. 1 dargestellte Kraftaufnehmer besteht aus einem mit einer zur Erregung dienenden aktiven Wicklung 3 versehenen magnetischen Kreis 2, der in eine Meßspitze 1, die einen rechteckigen Querschnitt besitzt, ausläuft. In der Meßspitze 1 ist ein Spalt 4- vorhanden, der mit einem elastischen Medium, beispielsweise Gummi, ausgefüllt ist.

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Die Spaltebenen verlaufen parallel zueinander and zu den Außenflachen der Meßspitze 1» die beispielsweise die Maße eines Kontaktstiftes aufweist. Unter Anwendung der Beziehungen

N^ Xr F

V ⁵ °'^;

- und

m ^ /U₀ A

ergibt sich die zu messende Kraft zu

^ ^c

Vereinfacht kann man schreiben:

= κ, η- K₂

Dabei bedeuten die Symbole folgendes:

N Windungszahl der Wicklung 3

L Induktivität des Kraftaufnehmers

R_1nJ₁Q magnetischer Widerstand des Eisenkreises

c*3 Kreisfrequenz eer Erregerspannung

u. Wechselspannung

i Wechselstrom.

A Spaltfläche

/U₀ magnetische Permeabilität des Spaltes

B_ magnetischer Widerstand des Spaltes

c Federkonstante

σ Spaltbreite unter Kräfteinwirkung

5*_ό Spaltbreite bei F^O

X- induktiver Widerstand

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Daraus ist zu erkennen, daß der Wechselstrom i "bei Konstanthaltung der Spannung u an der Wicklung 5 des Kraftaufnehmers ein Maß für die Kraft F und dieser streng proportional ist, vorausgesetzt, daß mit kleiner Magnetflußdichte gearbeitet wird, damit der Wert der relativen Permeabilität des Eisenkreises und demzufolge der magnetische Widerstand Emire konstant bleiben· Pig. 2a gibt ein Beispiel der Auslegung der Spaltebenen und Pig· 2b ein Beispiel der Anwendung von gekrümmten Spaltflächen·

Ilg. 2e ist ein Beispiel der Auslegung der äußeren Kraltaufnehmergeometrie zur Verringerung von Nichtiinearitäten durch verschiedene Kraftangriffspunkte beziebungseweise Verformungen·

Die Geometrien können sowohl rechnerisch als auch empirisch ermittelt werden·

In Fig· 3 ist eine Ausführung der Meßspitze ι mit doppeltem, spalt 4· dargestellt, die bei kreuzgeschlitzten Buchsen von Steckverbindern anwendbar ist· Fig. 4· zeigt die Möglichkeit der getrennten Ausführung des magnetischen Kreises 2 mit wicklung 3 und apannelement 6 von der Meßspitze 1 ·

Vorteilhaft wird im Bereich aer x&nspannung eine unelastische, unmagnetische isinlage ^ eingebracht, um eine verlustarme magnetische Kopplung von Meßspitze 1 und magnetischen Kreis 2 zu erreichen.

Diese Ausführung verbindet eine günstige Herstellung des magnetischen Kreises 2 mit einer leichten Wechselbarkeit der Meßspi-uze i·

Claims (1)

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   Erfindungsansprüche:

   Kraftaufnehmer für direkte Kontaktkraftmesaungen an ruhenden oder bewegten Kontakten, vorzugsweise solchen, die in Steckverbindern, Relais und Schaltern zum Einsatz gelangen, wobei die Änderung der Induktivität in bekannter Weise ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kraftaufnehmer aus einem mit einer dem Meßobjekt angepaßten Meßspitze C1) ausgebildeten magnetischen Kreis C2), der mindestens mit einer aktiven Wicklung (3) versehen ist, besteht, und daß die Meßspitze (1) mindestens einen Spalt (4) besitzt, der so angeordnet ist, daß sich bei Krafteinwirkung auf die Meßspitze (1) die mittlere Spaltbreite und damit der magnetische 'Widerstand ändert, wobei der Spalt (4) in Breite und Form den Meßerfordernissen angepaßt ist.

   Kraftaufnehmer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (4) zur Verbesserung der elastischen Eigenschaften im Verformungsbereich mit einem elastischen nichtmagnetischen Werkstoff ganz oder teilweise ausgefüllt ist.

   3. Kraftaufnehmer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer auch mehrteilig im magnetischem Kreis C2) ausfahrbar ist, wobei außerhalb der Verformungsbereiche eine unelastische magnetische Einlage (5) vorgesehen ist.

   Hierzu 1 Seite. Zeichnungen

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