DE2556836C2 - Messelement und Messkopf zum Messen von kleinen Kräften, insbesondere von Kontaktfeder-Kräften in Steckverbindungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßelement und einen Meßkopf zum Messen von kleinen Kräften, insbesondere von Kontaktfederkräften, bestehend aus einem einstückigen Plättchen, welches zwei durch Schlitze gebildete Schenkel aufweist, die über einen, einen Dehnungsmeßstreifen tragenden Steg miteinander verbunden und deren Enden als Tastzungen ausgebildet sind.

Ein derartiges Kraftmeßgerät ist in der DT-PS 24 14 569 beschrieben und dargestellt. Dieses bekannte Kraftmeßgerät ermöglicht bei kleinem Meßhub bzw. -weg eine genaue Messung von kleinen, unterhalb einer Kraft von 500 ρ gelegenen Kontaktfeder-Kräften. Das Meßelement wird von Hand mit seinen Tastzungen in

■ο den Kontaktbereich der zu messenden Kontaktfedern eingeführt; die von den Kontaktfedern auf die Tastzungen des Elementes ausgeübte Kraft wird an einem Anzeigeinstrument abgelesen. Es besteht auch die Möglichkeit, das Kraftmeßgerät in einer Vorrich-

tung mit einem höhenverstellbaren Meßkopf anzuordnen. Mittels einer Hubmechanik wird das Kraftmeßgerät auf den Prüfling abgesenkt, derart, daß die Tastzungen des Kraftnießgerätes in den Kontaktbereich der zu messenden Kontaklfedern gelangen.

Bedient man sich einer derartigen Vorrichtung, so besteht jedoch die Gefahr, daß durch den Meßkopf auf das Meßelement, nämlich das Kraftmeßgerät, Kräfte übertragen werden, die zu einer Fehlmessung bzw. einer Verfälschung des Meßergebnisses führen können. Auch die Formgebung der Meßspitzen bzw. der Tastzungen ist nicht ohne Einfluß auf das Meßergebnis; beim Einstecken des bekannten Kraftmeßgerätes in den Kontaktbereicfi der zu messenden Kontaktfedern können Stauchkräfte entstehen, die die Dehnstrecke in ungünstiger Weise belasten würden.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kraftmeßgerät — im nachfolgenden Meßelement genannt — weiterzubilden und zu verbessern sowie einen Meßkopf zum Halten des Meßelementes in einer Prüfmaschine zu schaffen, wobei dieser Meßkopf und das Meßelement derartig beschaffen sein sollen, daß während des Meßvorganges keine Fremdkräfte den Meßwert beeinträchtigen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, in einem Schenkel des Elementes eine Aufnahmebohrung anzuordnen, durch welche sich eine Trägertraverse mit vergleichsweise weitem Spiel erstreckt, wobei diese Traverse in einem höhenverstellbaren Meßkopf befestigt ist, in der das Element achsparallel zu seinen Tastzungen gleitbeweglich gelagert ist.

Durch diese erfinderische Ausbildung des Meßelementes und Meßkopfes wird es ermöglicht, beim Messen der Kontaktfeder-Kraft Fremdkräfte auszuschalten. Mittels des Meßkopfes wird das Meßelement in den Kontaktbereich der hinsichtlich ihrer Kontakt-Andruckkraft zu messenden Kontaktfeder eingeführt. Dabei lastet die Traverse gegen den unteren Rand der Aufnahmebohrung. Nach erfolgtem Einsetzen der Tastzungen in den Kontaktbereich der Kontaktfeder wird der Meßkopf entgegen der Einführungsrichtung um eine weniger als das Spiel zwischen Bohrung und Traverse betragende Stellgröße zurückgestellt, so daß in dieser Position nunmehr keine Kräfte vom Meßkopf auf das Meßelement übertragen werden. In dieser Position erfolgt die Messung der Kontaktfeder-Kraft.

Sind in einem Meßkopf eine Vielzahl von Meßelementen angeordnet, so ist es vorteilhaft, für alle Meßelemente eine gemeinsame Traverse zu verwenden.

Die Mitte der die Traverse aufnehmenden Bohrung ist in einer zwischen den Tastzungen verlaufenden und die Dehnungsmeßstrecke schneidenden Geraden des Elementes gelegen. Besonders vorteilhaft ist es, die

Aufnahmebohrung in Form eines doppelkeilförmigen Prismas zu bilden. Die Traverse besitzt ebenfalls eine dieser Querschnittskontur entsprechende Querschnittsform. Dadurch wird bewerkstelligt, daß sich das Meßelement beim Einsetzen seiner Tastzungen in den !Contaktbereich der Kontaktfeder selbsttätig ausrichtet.

Der die Schenkel des Plättchens bildende Schlitz folgt im Abstand der Kontur der in einem Schenkel gelegenen Aufnahmebohrung. Durch diese Schlitzführung ist ein Schenkel des Elementes flächengrößer als der andere Schenkel. Dieser, die Aufnahmebohrung tragende Schenkel besitzt eine vorstehende, eine Spitze tragende Tastzunge, wobei diese Spitze die Stirnfläche der anderen Tastzunge abdeckt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird ein Stauchstoß auf die Dehnstrecke beim Einführen der Tastzungen in den Kontaktbereich der Kontaktfeder vermieden.

Bei dem bekannten Kraftmeßelement sind die Schenkel an dem von den Tastzungen abgekehrten Ende durch zwei Zungen, nämlich durch eine Dehnungsmeßstrecke und eine Drehgelenkstrecke miteinander homogen verbunden, derart, daß ein doppelarmiger Hebel entsteht, wobei der Drehpunkt dieser Hebel in der Drehgelenkstrecke gelegen ist. Ist die Lagetoleranz des Kraftangriffspunktes sehr klein, so kann aufgrund des relativ kurzen Hebelarmes die Drehgelenkstrecke mit der Dehnungsmeßstrecke vereinigt werden. Zu einer genauen Messung ist es erforderlich, daß der Kraftangriffspunkt der Kontaktfedern gegen die Tastzungen genau definiert ist. Die Einsetztiefe der Meß- bzw. Tastzungen in den Kontaktbereich der zu messenden Kontaktfedern erhält man entweder aus den Konstruktions-Unterlagen des die Kontaktfedern tragenden Elementes oder durch vorheriges Ausmessen.

In den Zeichnungen sind verschiedene Formen von Meßelementen sowie ein Meßkopf zum Messen von kleinen Kräften, nämlich Kontaktfeder-Kräften dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Kraftmeßelement 1, welches aus einem Plättchen gebildet ist und mittels eines Erodierschnittes 2 — auch Schlitz genannt — in zwei Schenkel 3, 4 gegliedert ist. Diese Schenkel sind über Stege 5, 6 miteinander verbunden, derart, daß gemäß dem Beispiel zwei doppelarmige Hebel entstehen, deren gemeinsamer Drehpunkt in der Mitte des Steges 5 gelegen ist. An dem von der Dehnungsmeßstrecke 8 abgekehrten Ende trägt das Kraftmeßelement Tastzungen 10, 11, die zum Einführen in den Kontaktbereich 12 einer Kontaktfeder 13 dienen. Wird eine in Pfeilrichtung 14 wirkende Kraft auf diese Zungen ausgeübt, so erleidet der Steg 6 eine Zugbeanspruchung in Richtung des Pfeiles 7. Die äußere Fläche dieses Steges ist die Dehnungsmeßstrecke 8, auf der ein Dehnungsmeßstreifen 9 befestigt ist. Durch die Dehnung der Meßstrecke 8 liefert der Meßstreifen 9 ein proportionales Meßsignal. Wie ersichtlich, ist in der Verlängerung einer Geraden 15 — geführt durch die Mitte der Meßzungen 10, 11 und der Meßstrecke 8 — eine Bohrung bzw. Ausnehmung 16 angeordnet, durch welche senkrecht zum Kraftmeßelement 1 eine Traverse 17 geführt ist. Gegenüber dem Bohrungsrand der Bohrung 16 besitzt die Traverse ein einige Zehntel Millimeter betragendes allseitiges Spiel S. Diese Traverse dient zum Halten des Kraftmeßelementes 1 innerhalb des Meßkopfes. Wie ersichtlich, ist der Schlitz 2 um die Bohrung 16 mit einem geringen Abstand A herumgeführt, so daß die Flächen der beiden Schenkel 3, 4 eine unterschiedliche Größe aufweisen.

Fig. 2 zeigt den teilweise geschnittenen Meßkopf 19 für das in Fig. 1 dargestellte Kraftmeßelement 1. Im Meßkopf ist das plättchenförmige Kraftmeßelement in Richtung des Pfeiles 18 gleitbeweglich gelagert. Mittels einer Hubvorrichtung — von der hier nur die Hubstange 25 dargestellt ist — wird der Meßkopf mit dem darin gelagerten Kraftmeßelement in Richtung auf den hinsichtlich seiner Kontaktandruckkraft zu messenden Kontakt, z. B. einer Kontaktleiste 20 abgesenkt. Während des Absenkens ruht das Kraftmeßelement auf der oberen Schneide 21 der Traverse 17. Sobald die Spitze 22 der Tastzunge 10 in den Kontaktbereich 12 einfährt, verschiebt sich relativ das Kraftmeßelement in Richtung des Pfeiles 18, so daß, wie in F i g. 3 dargestellt, die Schneide 2V der Traverse 17 mit der unteren Kante des keilförmigen Einschnittes der Bohrung 16 zum Anschlag kommt. Ist diese Meßposition erreicht, so wird mittels der Hubvorrichtung der Meßkopf um etwa ein Zehntel Millimeter zurückgezogen, so daß nunmehr die Traverse 17, wie in Fig. 1 dargestellt, von der Bohrungswandung 16 frei ist. Fremdkräfte können daher nicht mehr auf das Kraftmeßelement 1 einwirken. In dieser Stellung des Kraftmeßelementes erfolgt die Registrierung der Meßsignalgröße.

Wesentlich für eine fehlerfreie Messung der Kontaktkraft ist auch die Gestaltung der Tastzungenspitze. Stauchkräfte sollen nach Möglichkeit vermieden werden. Wie insbesondere aus F i g. 1 hervorgeht, bevorzugt man zum Messen der Andruckkraft von Doppelzungenkontakten — wie dargestellt — eine in der Einsetzrichtung abgeschirmte Anordnung der Tastzungen. Im vorliegenden Beispiel trägt der Schenkel 3 eine Tastzunge 10 mit einer in Form eines Widerhakens gebildeten Spitze 26, welche über die Tastzunge U hinausragt und die Stoßkante 27 der letzteren Tastzunge abschirmt. Durch diese Formgebung werden Scherkräfte im Bereich der Stege 5 und 6 sowie auch eine Beschädigung der Tastzungen vermieden. Die Tastzungen bestehen — wie bekannt — aus Hartmetall, z. B. aus Wolfram-Karbid mit einem Zusatz von Kobalt. Der hohe Elastizitätsmodul des Hartmetalles hat eine geringe Verformung in diesem Bereich zur Folge. Die Oberflächen der Tastzungen sind geläppt, so daß beim Einführen des Meßelementes ein günstiges Reibverhalten gewährleistet ist.

Eine andere Ausbildung der Tastzungen zeigt F i g. 4. Bei Einzungenkontakten — wie bei 28 strichpunktiert dargestellt —, ist der obere Schenkel 3 des Meßelementes mittels eines U-förmigen Tastbügels 29 um die Tastzunge 11 des Schenkels 4 herumgeführt. Die Tastzunge 11 ragt um die Steghöhe B— des höchstmöglichen Meßhubes — über die Oberkante 29' des Bügels 29 hinaus. Der Tastbügel bildet somit eine relativ breite Auflage, wohingehen die Tastzunge 11 eine Belastung durch die Kontaktfederzunge in Richtung des Pfeiles 30 erfährt.

F i g. 5 zeigt eine Formgebung der Tastzunge zum Messen von Kontaktfedern geringer Spreizweite (Federweggröße). Um auch hier den Tastzungen ein hinreichend hohes Widerstandsmoment in Richtung der wirkenden Federkraft zu verleihen, sind die Tastzungen 10,11 schräg geschlitzt.

Sofern die zu erwartenden Lagetoleranzen des Kraftangriffspunktes vergleichsweise klein sind, empfiehlt es sich — wie z. B. in den F i g. 2 und 3 dargestellt —, den Schlitz 2 bis zum Steg 6 durchzuführen, so daß der Gelenksteg 5 entfällt. Der Drehpunkt der Schenkel 3,4 liegt sodann in der Mitte des Steges 6.

Im Meßkopf 19 können auch eine Vielzahl von

Meßelementen I angeordnet sein, deren Abstandsteilung der Teilung der in einer Kontaktleiste eingesetzten Federkontakte entspricht. Die Signalleitungen 31 der Dehnungsmeßstreifen 9 können dabei jeweils mit einem Meßgerät verbunden, aber auch an einem ihnen gemeinsamen Meßgerät aufeinanderfolgend zu- und abgeschaltet werden. Die Form der Tastzungen des Meßelementes ist im wesentlichen von der K tion des die Kontaktfedern tragenden Kontak tes sowie auch von der Form und gegebenenl vom Material der Kontatkfeder abhängig, wol der Anmeldung dargestellten Anordnungen b zur Anwendung kommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Meßelement und Meßkopf zum Messen von kleinen Kräften — insbesondere von Kontaktfeder-Kräften — bestehend aus einem einstückigen Plättchen, welches zwei durch Schlitze gebildete Schenkel aufweist, die über einen, einen Dehnungsmeßstreifen tragenden Steg miteinander verbunden und deren Enden als Tastzungen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schenkel (3) des Elementes (1) eine Aufnahmebohrung (16) angeordnet ist, durch welche sich eine Trägertraverse (17) mit vergleichsweise weitem Spiel (S) erstreckt, und daß ferner diese Traverse in einem höhenverstellbaren Meßkopf (19) befestigt ist, in der das Element achsparallel zu seinen Tastzungen (10,11) gleitbeweglich gelagert ist.

2. Meßelement und Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte der die Traverse (17) aufnehmenden Bohrung (16) in einer zwischen den Tastzungen (10,11) verlaufenden und die Dehnungsmeßstrecke (8) schneidenden Geraden (15) des Elementes (1) gelegen ist.

3. Meßelement und Meßkopf nach Ansprüchen t und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßkopf (19) gelagerte Traverse (17) in Form eines doppelkeilförmigen Prismas gebildet ist und daß die Aufnahmebohrung (16) im Meßelement (1) eine entsprechende, jedoch größere Querschnittsform aufweist.

4. Meßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schenkel (3,4) bildende Schlitz

(2) im Abstand (A) der Kontur der in einem Schenkel

(3) gelegenen Aufnahmebohrung (16) folgt.

5. Meßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tastzunge (10) des Meßelementes (1) gegenüber der anderen Tastzunge (11) vorsteht und eine Spitze (26) aufweist, wobei die Spitze die Stirnfläche (27) der anderen Tastzunge (11) abdeckt.

6. Meßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel (3 oder 4) des Meßelementes (1) mittels eines Tastbügels (29) um die Tastzunge (11) des anderen Schenkels (4) herumgeführt ist und letztere Tastzunge um die Breite (B) über die Oberkante (29') des Bügels (29) hinausragt.

7. Meßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schenkel (3,4) und Tastzungen (10,11) bildende Schlitz (2) des Elementes (1) schräg durch die Tastzungen geführt ist.

8. Meßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schenkel (3,4) des Meßelementes (1) bildende Schlitz (2) bis auf den den Dehnungsmeßstreifen (9) tragenden Steg (6) durchgeführt ist.

9. Meßelement und Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßelemente (1) in einem gemeinsamen Tastkopf (19) angeordnet sind und eine gemeinsame Traverse (17) aufweisen.