DE2549909C3 - Meßumformer mit einem Tastfühler, insbesondere Meßvorrichtung für die Justierung von kontaktfedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betril'lt einen Meßumformer der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs I beschriebenen Art.

In vielen Bereichen der Technik werden federnde oiler starre Blechlappen justiert und als Anlagen für andere mechanische Glieder verwendet. Ein charakteristisches Beispiel hicrfüi -iiul Kontaktstellen tür elektrische Kontakte, Sie unterliegen besonders strengen Genauigkeitsanforderungen, da die von der Justierung abhängige Kontaktkraft maßgeblich auf die Funktion einwirkt; sie beeinflußt nämlich nicht nur den Übergangswiderstand des elektrischen Kontaktes sondern auch den Kontaktabbrand und den mechanischen Kontaktabrieb. Aber auch bei anderen Anwendungsbeispielen vorgesehene mechanisch beanspruchte Blechlappen können in bezug auf ihre Lage sehr strengen Anforderungen unterworfen sein, z. B. dann, wenn sie als Anschlag für andere Teile, beispielsweise wiederum Kontaktfedern, dienen. Im Zuge der üblichen Fertigungstechnik ist die an speziellen Stellen geforderte Genauigkeit durch entsprechende Maßgenauigkeit der Einzelteile allein infolge unvermeidlicher Material- und Fertigungstoleranzen häufig nicht zu erreichen. Es wird sich daher nicht vermeiden lassen, bestimmte Genauigkeitsforderungen durch nachträgliche Justiervorgänge zu befriedigen.

Bei derartigen Justiervorgängen ist insbesondere die Ermittlung der momentanen Lage eines Meßpunktes von Interesse. Bei Anlageblechen für Kontaktfedern, beispielsweise für einen Arbeitskontakt, beeinflußt die Ausgangsstellung den Kontaktweg und über diesen wiederum die Gegenkraft der Feder und damit im allgemeinen die Kontaktkraft im betätigten Zustand. Bei der Justierung einer Kontaktfeder für einen Ruhekontakt ist die Position des Anlagebleches bzw. seine Lageänderung ein Maß für die Vorspannung der Kontaktfeder im geschlossenen Zustand.

Die Lageänderung während des Justiervorganges von Kontaktfedern wurde bisher nicht unmittelbar erfaßt. Sie ergab sich lediglich als Funktion der nach dem Justiervorgang gemessenen Kontaktfeder. Bei Anlageblechen wurde sie mit Hilfe von leeren oder anderen Formteilen ohne Messung beeinflußt. Selbstverständlich ist eine Vielzahl von Meßmethoden bekannt, mit deren Hilfe Messungen, von Lageänderungen auf mechanische Weise vorgenommen werden können. Auch Meßmethoden, bei denen mechanische, optische und elektrische Maßnahmen in Kombination zusammenwirken, sind bekannt. Bei steigenden Anforderungen an die Meßgenauigkeit ergab sich die Notwendigkeil. Störfaktoren im Bereich der mechanischen Kräfte sowie der Anzeigemittel und der Ansprechverzögerung der Meßmittel immer weiter /u verringern. Dies hängt mit der zunehmenden Miniaturisierung der Bauteile zusammen und ist eine Folge der Tatsache, daß die Genauigkeit der Meßvorrichtung stets wesentlich größer sein muß als der ToIerinzbereich. der bei der Fertigung der Einzelteile eingehalten werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgalx; zugrunde, einen Meßumformer der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art so zu gestalten, daß die mechanische Rückwirkung auf das Meßobjekt in Vergleich zu den zulässigen Meßwertabweichungen (Toleranzbereich) vernachlässigbar klein sind und daß ι praktisch keine Verzögerungen /wischen dem das Meßobjekt beeinflussenden Vorgang (/.. B. einer Iustierung) und der Wideigabe des Mchcrgehnisses auftreten.

Diese Aufgabe wird durch (.lic im kennzeichnenden , Teil ties Patentanspruchs I genaiv:>■ η Meikmale gelöst.

ILs ist /w.ii bereits bekannt (DIi-AS 1 l=<^lM7n). Anzeigeorgane optoelektrisch abzugreifen, indem sie

mit entsprechenden Blenden ausgestattet werden, die bei der Bewegung des Anzeigeorgans den Beleuchtungsstrahlengang zu optoeiektrischen Wandlerelementen unterbrechen. Durch die Anordnung zweier solcher Wandlerelemente und zweier räumlich gegeneinander versetzter Blenden kann dabei die Richtung des Meßorgans, z. B. des Zeigers eines Meßinstrumentes, ermittelt werden. Diese bekannte Anordnung ist jedoch weder dazu bestimmt noch geeignet, aus der Größe des Ausgangssignals des bzw. der optoeiektrischen Wandlerelemente die genaue Position des die Blende bzw. Elenden tragenden bewegbaren Organs wiederzugeben. Die Anordnung dient vielmehr lediglich dazu, festzustellen, ob ein vorgegebener Grenzwert erreicht bzw. überschritten wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe läßt sich damit nicht lösen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Im folgenden sei die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten A.usiührungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Prinzipdarstellung einer erf'-idungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Vorrichtung ähnlich der in Fig. 1 dargestellten,

Fig. 3 eine Kombination einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit einem Drehspulinstrument.

Bei der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 sind auf einer Grundplatte 1 zwei Lagerblöcke 2 angeordnet, in deren Rubinlagern 3 die Achse 4 eines zweiarmigen Hebels mit den Hebelarmen 5 und 6 gelagert ist. Der Hebel 5 ist mittels Schrauben 7 befestigt. An seinem freien Ende ist ein Tastfühler 8 angebracht, der zur Auflage auf dem zu beobachtenden Meßpunkt dient. Der Hebel 6 ist in Fig. 1 an seinem freien Ende rechtwinklig abgebogen und bildet mit seiner Abbiegung die bewegliche Blende 9. In der vergrößerten Darstellung ist erkennbar, daß die Kante 10 der Blende 9, die bei Bewegung des Hebels vor dem Fotoelement *. 1 in geringem Abstand entlanggleitet und dieses mehr oder weniger verdeckt, abgeschrägt ist, so daß die dem Fotoelement nächste Kantedi': Grenze ilcs jeweiligen Abschattungsbezirkes bildet. Die Draufsicht in der Fig. 2 zeigt eine andere Ausbildung des Hebels 6. Die Abwinkclung in dem vorderen Bereich endet nicht unmittelbar in de·; Blende 9, sondern läßt vorher ein mäanderförniiges Zwischenglied 12 erkennen, das die Möglichkeit bietet, durch das von den Wänden 13 und 14 gebildete Labyrinth in den Innenraum eines ohne Deckel gezeichneten, allseits matt geschwärzten Raumes 15 einzugreifen, ohne Fremdlichteinfall auf das Fotoelement befürchten zu müssen. Außer diesem ist indem Innenraum eine feststehende Blende 16 angeordnet, die die Randzonen des Fotoelementes 11 gegenüber der Strahlung der

'■ Lichtquelle 17 so weit abdeckt, daß die Randzonen, bei denen die Zahl der Flächeneinheiten nicht linear verläuft, keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Wie in der vergrößerten Darstellung des Blendenbereiches bei Fig. 1 zu erkennen ist, sind auch dort die

ι» Kanten der Blende in Richtung der Lichtquelle nach außen abgeschrägt, um die sich bildenden Halbschatten so gering wie möglich zu halten. In Fig. 1 sind außerdem ein Spannungsstabilisator 18 zur Stabilisierung der Leuchtquelle 17 und ein Verstärker 19 für

ι "> den Kurzschlußstrom des Fotoelementes 11 angedeutet.

Fig. 3 zeigt ein Drehspulsystem, dessen Spule 20 an einer Seite eine Lagerstelle 21 und an ihrer anderen Seite einen Arm ΤΛ trägt, der mit der Spule 20 starr

jo verbunden ist und an seinem Ende die zweite Lagerstelle 23 für den drehbeweglicher! i'eil des Drehspulsystems erkennen läßt. Auf dem Arm 22 ist sowohl ein Tastfühler 24 als auch eine Blende 25 starr befestigt. Ein Fotoelement 26 ist fest mit einer nicht ge-

_') zeichneten Platine, die auch die unbeweglichen Teile des Diehspulsystems und die Lagerstellen 21 und 23 trägt, verbunden und wird bei Bewegung der Spule 20 von der Blende 25 mehr oder weniger überdeckt. Eine Lichtquelle 27 ist so angeordnet, daß ihre Strah-

in lung nur den von der Blende 25 nicht überdeckten Teil des Fotoelementes 26 treffen kann." Unterhalb des Tastfühlers 24 ist eine Kontaktfeder 28 angezeigt, die mit ihrem Bereich 29 fest eingespannt ist und an ihrem freien Ende von dem Tastfühlcr ausgelenkt

r, wird. Die Größe der Auslenkung ist wegen der festen Verbindung des Tastfühlers 24 mit der Blende 25 über den Arm 22 unmittelbar gekoppelt mit dem Maß der Abdeckung des Fotoelementes gegenüber der Strahlung der Lichtquelle 27, da sich die Blende 25 um

in den gleichen Winkelbetrag wie der Hebel 24 bewegt. D··: am Fotoelement abnehmbare Kurzschlußspannung, die sich linear mit der Änderung der beleuchteten Fläche verändert, ist daher ein sehr genaues Maß für die Auslenkung der Feder aus ihrer ursprünglichen

ii Lage. Lampe 27. Fotoelement 26 um¹ Blende 25 sind innerhalb eines nicht gezeichneten, lichtdichten, innen matt geschwärzten Raumes angeordnet. Ein optisches Labyrinth zwischen geschütztem und nicht geschütztem Raum erlaubt auch hier, wie in Fig. 2, eine rei-

-,Ii bungsfreie Durchführung des Blendenarmes bei gleichzeitigem Schutz vor Fremdlicht.

Hicr/u 2 Blatt Zcichi.uiriien

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Meßumformer zur Umformung der Lageänderung eines Meßpunktes durch dessen mechanische Abtastung während eines Verformungsvorganges mittels eines Tastfühlers, wobei das der Position des Tastfühlers entsprechende mechanische Meßergebnis in elektrisch auswertbare Signale umgewandelt wird, insbesondere Meßvorrichtung für die Justierung von Kontaktfedern, gekennnzeichnet durch durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Der entsprechend der Lageänderung des Meßpunktes bewegbare Tastfühler (8) ist starr mit einer Blende (9) gekoppelt, die in an sich bekannter Weise in dem zwischen einer Lichtquelle (17) und einem optoelektronischen Wandlerclement (11) verlaufenden Strahlengang bewegbar angeordnet ist;

bj die Blende (9) ist derart geformt und in einem derart geringen Abstand vor der wirksamen Oberfläche des optoelektronischen Wandler elementes (11) angeordnet, daß diese wirksame Oberfläche in Abhängigkeit von der Bewegung des Tastfü,hlers (8) verschiebungsproportional abgeschattet wird;

c) vor der wirksamen Oberfläche (11) ist eine weitere feststehende Blende (16) angeordnet, mittels derer die Randzonen der wirksamen Oberfläche des optoelektronischen Wandlerelementes (11) verdeckt sind, derart, daß die partielle Abschattung des verbleibenden Bereiches durch die bewegbare Blende (9) eine Änderung des Photostromes des optoelektronischen Wandlerelementes (11) gemäß einer vorbestimmten Kennlinie (linear oder nichtlinear) bewirkt.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiarmiger Hebel (S. 6) vorgesehen ist, dessen erster Arm (5) den Tastfühler (8) und dessen zweiter Arm (6) die bewegbare Blende (9) trägt.

3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (S, 6) sowie seine Lagerung (3) Bestandteil einer Antriebsvorrichtung (ζ. B. eines Drehspulmeßwerks) sind, mittels derer der Tastfühler (8) aktiv bewegbar ist.

4. Meßumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das der bewegbaren Blende (9) zugeordnete Hebelende (6) des zweiarmigen Hebels (5, 6) reibungsfrei durch ein optisches Labyrinth (12,13, 14) geführt ist.