DE2639074A1

DE2639074A1 - Verfahren und anordnung zum pruefen hermetisch eingeschlossener zungenkontakte

Info

Publication number: DE2639074A1
Application number: DE19762639074
Authority: DE
Inventors: Frederik Hendrik Gerritsen; Johan Hendrik Adol Glashorster; Friedrich Ludwig Jansen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-09-01
Filing date: 1976-08-31
Publication date: 1977-03-10
Also published as: NL7510275A; FR2322379A1; BE845679A; DE2639074C3; IT1050621B; SE410230B; CA1003042A; JPS5548656B2; GB1529714A; DE2639074B2; SE7511181L; BR7600004A; JPS5229951A; FR2322379B1; US4028615A

Description

N.V. PHILIPS'GLOBILAMPENFABRIEKEK, Eindhoven/Holland

Verfahren und Anordnung zum Prüfen hermetisch eingeschlossener Zungenkontakte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Zungenkontakten auf elektrisch mangelhaft leitendes Material, deren elektrisch leitende Kontaktzungen aus magnetostriktivem Werk« stoff bestehen und in einer hermetisch geschlossenen Hülle angeordnet sind, wobei der Zungenkontakt im Magnetfeld einer Spule geschlossen wird und anschliefiend bei einem andauernden Erregerstrom ein sich als Funktion der Zeit ändernder Prüfstrom durch den geschlossenen Zungenkontakt geschickt und eine vom Prüfstrom zwischen den Enden des Zungenkontakts erzeugte

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ORIGINAL INSPECTED

Spannung während einiger Zeit gemessen und mit einer Bezugsspannung verglichen wird, und eine Anordnung zum Durchführen des erwähnten Verfahrens. Mit elektrisch mangelhaft leitendem Material sind u.a. Schmutz- und Staubpartikeln sowie Oxydhäute und isolierende Schichten gemeint, die auf der Kontaktoberfläche nach dem Herstellen von Zungenkontakten auftreten können,. Ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs erwähnten Art sind in der US-PS 3 586 961 beschrieben. Nach Angabe in dieser Patentschrift wirkt der Kontaktdruck der Torsionsbewegung der Zungen, die die Folge von Magnetostriktion ist, entgegen. Die Oberfläche, die während der Torsionsbewegung abgetastet wird, ist beschränkt. Obgleich der Kontaktdruck möglichst niedrig gewählt wird, ist er notwendigerweise durch die Streuung in der Steifheit der verschiedenen Kontakte dennoch immer so hoch, daß der Torsionsbewegung in bedeutendem Ausmaß entgegengewirkt wird. Auch ein sich zeitlich ändernder Magnetfluß der Spule ist nicht vorteilhaft, da er einen sich ändernden Kontaktdruck und somit einen sich ändernden Übergangswiderstand bewirkt. Eine logische Folge davon ist, daß eine Genehmigung bzw. Ablehnung eines Zungenkontakts eine genaue Detektionssignalbeherrschung und somit verhältnismäßig aufwendige Geräte erfordert.

Die untersuchte Oberfläche könnte durch Vergrößerung des Stromes, der durch den Zungenkontakt gesandt wird, vergrößert werden. Diese Oberfläche ist jedoch durch die magnetostriktiven Eigenschaften des Zungenkontakts beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit denen bei einem akzeptablen Strom durch die Kontaktzungen eine verhältnismäßig große Oberfläche des Zungenkontakts auf elektrisch verhältnismäßig mangelhaft leitendem Partikeln untersucht werden kann.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerstrom beim Zuführen des Prüfstroms zum Zungenkontakt ein Gleichstrom

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und als Prüfstrom ein Wechselstrom benutzt wird, dessen Frequenz ständig zwischen einem Mindest- und einem Höchstwert pendelt, wobei eine Törsionsresonanzfrequ.enz des Zungenkontakts zwischen dem Mindest- und dem Höchstwert liegt.

Das Erregen des Zungenkontakts mit einer Frequenz gleich der Torsionsresonanzfrequenz des Zungenkontakts hat zur Folge, daß die durch Magnetostriktion erzeugte Torsionsbewegung maximal wird, was eine Abtastung einer verhältnismäßig größeren Oberfläche des Zungenkontakts ergibt. Durch das Erregen der Spule mit einem Gleichstrom erreicht man, daß der Kontaktdruck zeitlich nahezu konstant bleibt, so daß der Übergangswiderstand ebenfalls zeitlich konstant ist. Dies stellt eine bedeutende "Vereinfachung der Prüfung des Zungenkontakts dar.

"·' Es hat sich vorteilhaft gezeigt, zum Prüfen einen Gleichstrom zu verwenden, der um einen konstanten Prozentsatz größer als ein Abfallgleichstrom ist, bei dem der betreffende Zungenkontakt von einem geschlossenen in einen geöffneten Zustand übergeht. Der so gewählte Erregerstrom hält jeden Zungenkontakt mit einem nahezu gleichen und verhältnismäßig niedrigen Kontakt- .. iruck geschlossen. Einerseits bietet dies den Vorteil, daß •^J für jeden Zungenkontakt die Kriterien für Genehmigung bzw. Ablehnung gleich sind, und zum anderen hat eine derartige Erregung den Vorteil, daß die Torsionsbewegung nicht von einem zu hohen Kontaktdruck gehemmt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Durchfließen des Zungenkontakts mit dem Prüfstrom die Spule mit derartigen r Erregerstrom aktiviert wird, daß der Werkstoff der Kontaktzungen magnetisch gesättigt wird, wonach der Erregerstrom auf einen Haltewert herabgesetzt wird, der größer als der Viert des Abfallgleichstroms ist, wonach der Strom zeitlich monoton, vorzugsweise linear, auf den ¥ert des Abfallgleich-

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stroms herabgesetzt und die Größe des Stromes beim Erreichen des Abfallgleichstroms in einem Speicher festgehalten wird, wonach die Spule erneut mit einem Strom erregt wird, der den Ferkstoff der Kontaktzungen magnetisch sättigt, und anschließend auf den Gleichstrom herabgesetzt wird, der um einen konstanten Prozentsatz größer als der Abfallgleichstrcm ist.

Mit dieser Ausführungsform wird auf verhältnismäßig einfache ¥eise der "Wert des Erreger stromes bestimmt,, wobei der Zungenkontakt mit einem verhältnismäßig niedrigen Kontaktdruck beim Prüfen geschlossen bleibt. Ebenfalls wird bei dieser Bestimmung festgestellt, ob der Zungenkontakt tatsächlich dadurch geschlossen werden kann, daß die Spule zunächst mit einem Strom erregt wird, der den Zungenkontakt magnetisch sättigt.

Eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, die eine Spule, eine Speiseeinheit zum Erregen der Spule und einen Generator zum Erzeugen des Prüfstroms sowie eine Detektionsschaltung enthält, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Generator ein spannungsgesteuerter Oszillator ist und die Detektionsschaltung einen zweiseitigen Grenzwertdetektor enthält. Da die Zungenkontakte durch zulässige Maßtoleranzen eine Streuung in ihren Torsionsresonanzfrequenzen aufweisen, wird ein Oszillator verwendet, dessen Frequenz variabel ist. Dies zeigt sich vorteilhaft verwirklichbar mit einem spannungsgesteuerten Oszillator. Dieser Oszillator wird mit einer sich zeitlich periodisch ändernden Spannung angetrieben, wodurch ein Frequenzhub erreicht wird, der größer ist als die Streuung in der Torsionsresonanzfrequenz der Zungenkontakte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Ss zeigen

Fig. 1 eine Blockschaltung einer Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung,

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Fig. 2 eine Prinzipschaltung eines spannungsgesteuerten Oszillators und der zugehörigen Steuerung der Anordnung ,

Fig. 3 den Spannungsverlauf an mehreren Punkten der in Fig. dargestellten Schaltungen als Funktion der Zeit,

Fig. 4 eine Prinzipschaltung des Detektionskreises der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 5 eine Blockschaltung einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6 Prinzipschaltbilder zweier Speiseteile der Anordnung nach Fig. 5,

Fig. 7 ein Zeitdiagramm einer Prüfung eines Zungenkontakts nach einem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 8 in einem Diagramm, wie weit für verschiedene Zungenkontakte ein gleicher Kontaktdruck erhalten v/erden kann,

Fig. 9 eine Kontaktzunge, die sich zur Prüfung mit der beschriebenen Anordnung eignet,

Fig. 10 ein Bild der verschiedenen Stufen eines Auswahlverfahrens für Zungenkontakte mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein Zungenkontakt 1, dessen Kontaktzungen aus magnetostriktivem Werkstoff, beispielsweise NiFe, bestehen, in einer Spule 3 angeordnet. Durch Erregen der Spule 3 mit Hilfe einer Speiseeinheit 5 wird der Zungenkontakt 1 geschlossen.

Ein Oszillator 7 sendet einen sich in der Frequenz ändernden Wechselstrom durch die Kontaktzungen des geschlossenen Zungenkontakts 1. Die Frequenz des Wechselstroms ist zeitabhängig und pendelt zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert.

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Die Mindestfrequenz und die Höchstfrequenz sind derart gewählt, daß dazwischen die Torsionsresonaiizfrequenz der Kontaktzungen liegt. Dies ergibt eine Verstärkung der Torsionsbewegung, die, wie allgemein angenommen, durch Magnetostriktion verursacht wird..

Da durch die Torsionsbewegung sich die Kontaktstelle der Kontaktzungen über die Oberfläche verschiebt, wird eine verhältnismäßig große Oberfläche abgetastet. Wenn ein elektrisch nicht oder verhältnismäßig mangelhaft leitendes Partikel auf der momentanen Kontaktstelle liegt, so macht sich dies in einem erhöhten Kontaktwiderstand bemerkbar. Zwischen den Klemmen und 11 tritt in diesem Augenblick eine höhere Spannung auf, da die Amplitude des Stromes durch den Zungenkontakt 1 konstant ist. Die Spannung zwischen den Klemmen 9 und 11 gelangt an ein Absolutmeßgerät 13, das während und nach der Messung mit dem Indikator 15 oder 17 angibt, ob der Zungenkontakt 1 einen zu hohen oder einen nicht zu hohen Kontaktwiderstand aufweist.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Oszillator 7 wird weiter unten an Hand der Fig. 2 näher erläutert, in der Teile des Oszillators 7 mit den Bezugsziffern 30 und 40 dargestellt sind. Der Schwingungsteil 30 enthält eine Relaxationsschaltung, in die ein RC-Element 31 und ein Doppelbasis-Transistor 32 aufgenommen sind. Eine Folge an der ersten Basis 33 des Transistors 32 erzeugter positiver Impulse v/ird von einer Flipflop-Schaltung 35 in ein Rechtecksignal umgewandelt. Aus einem Rechtecksignal wird mit einem Tiefpaßfilter 37 die Grundharmonische des Rechtecksignals ausgefiltert. Ein Verstärker 38 setzt über einen Ausgangswiderstand 39 die Grundharmonische in einen Wechselstrom i mit einer konstanten Amplitude um, der durch einen an den Widerstand 39 angeschlossenen Zungenkontakt 1 geschickt wird.

Das RC-Element 31 der Relaxationsschaltung wird von einer Steuerschaltung 40 gespeist, die die Relaxationsfrequenz be-

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stimmt. Dem RC-Element 31 wird eine Gleichspannung angeboten, der eine Dreieckspannung überlagert ist. Diese Überlagerung erfolgt in einem Differenzverstärker 41, dem eine negative Gleichspannung und eine Dreieckspannung zugeführt werden. Die Größe der Gleichspannung bestimmt die mittlere Relaxationszeit der Relaxationsschaltung. Die Größe der Amplitude der Dreieckspannung bestimmt die Größe der Abweichung der momentanen Relaxationszeit vom Mittelwert.

Die Dreieckspannung wird in einem Integrator erzeugt, der einen Verstärker 44 und ein RC-Element h3 enthält, das an den Kollektor eines Transistors 45 angeschlossen ist, v/elcher Kollektor abwechselnd ein positives und ein negatives Potential führt. Eine bistabile Kippstufe 50 schaltet die Spannung an der Basis des Transistors 45 über einen Widerstand 53 stets von 0 Volt nach -12 Volt und umgekehrt. Wird über den Widerstand 53 0 Volt an die Basis des Transistors 45 angelegt, so wird der Transistor 45 voll aufgesteuert. Durch Wahl der Widerstände 53 und 49 um viele Male größer als der Emitterwiderstand 51 wird der Kollektorstrom des Transistors beschränkt, so daß am Kollektor des Transistors 45 ein negatives Potential vorhanden ist. Wird über den Widerstand 53 die Basis des Transistors 45 mit -12 Volt verbunden, so sperrt der Transistor 45, und der Kollektor führt ein positives Potential.

Die bistabile Kippstufe 50 wird von zwei Verstärkern 55 und 57 gesteuert, wobei die Kippstufe 50 auf negative Spannungsimpulse anspricht. Am Ausgang des Verstärkers 55 entsteht ein negativer Impuls, wenn die Ausgangsspannung des Integrators 43, 44 negativer als eine eingestellte Vorspannung 62 wird, die über ein Potentiometer 61 dem invertierenden Eingang des Verstärkers 55 zugeführt wird. Die Kippstufe 50 wird in einen ersten stabilen Zustand gebracht, wobei die Ausgangsspannung 0 Volt beträgt. Die Spannung am Kollektor des Transistors 45 wird negativ, wodurch die Ausgangsspannung des Integrators 43, 44 ansteigt. Die Ausgangsspannung des Ver~

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stärkers 55 wird wiederum positiv. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 57 schaltet von positiv nach negativ um, wenn die Ausgangsspannung des Integrators 43, 44 positiver als die eingestellte positive Vorspannung 64 wird, die über ein Potentiometer 63 dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 57 angeboten wird. Die bistabile Kippstufe 50 schaltet vom ersten in den zweiten bistabilen Zustand. Die Ausgangsspannung der Kippstufe 50 wird dabei -12 Volt, wodurch der Transistor 45 gesperrt wird. Die Ausgangsspannung des Transistors 45 wird positiv, so daß die Ausgangsspannung des Integrators 43, 44 abfällt, wonach sich der ganze Zyklus wiederholt.

Die Amplitude und die Genauigkeit der erzeugten Dreieckspannung ist durch die eingestellten Vorspannungen 62 und festgelegt, die durch die Genauigkeit der benutzten Speisequellen (mit + und - angegeben) und der benutzten Potentiometer 61 und 63 bestimmt sind.

In Fig. 3 sind verschiedene Spannungsverläufe zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 dargestellt. Die Dreieckspannung 59, mit der die Relaxationsschaltung 31, 32 gesteuert wird, ist das Integral der Rechteckspannung 47. Die Rechteckspannung 47 wird durch das Schalten des Transitors 45 über die Kippstufe 50 erzeugt. Die Kippstufe 50 selbst wird von den negativen Impulsfolgen 56 und 58 gesteuert. Die Impulsfolgen 56 und 58 werden von der Dreieckspannung 59 beim Erreichen der eingestellten Vorspannungen 62 und 64 erzeugt. Die Änderung in der Relaxationszeit der Relaxationsschaltung 31, 32 ist von der Amplitude der Dreieckspannung abhängig. Die von der Relaxationsschaltung 31, 32 erzeugte Impulsfolge 33 wird von einer bistabilen Kippstufe 35 in eine Rechteckspannung 36 umgewandelt. Die Rechteckspannung wird von einem Tiefpaßfilter 37 gefiltert, so daß dem Verstärker 38 ein (nicht dargestelltes) harmonisches Signal angeboten wird.

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In Fig. 4 ist ein zweiseitiger Grenzwertdetektor 13 dargestellt. Zwischen den Klemmen 9 und 11 ist ein Zungenkontakt angeschlossen, durch den über den Widerstand 39 des Oszillators 7 (nicht dargestellt) ein Prüfstrom i geschickt wird. Die vom Prüfstrom i über den geschlossenen Zungenkontakt 1 erzeugte Wechselspannung wird einem Verstärker 71 angeboten. Der Ausgang des Verstärkers 71 ist mit zwei Verstärkern 73n und 73p verbunden. Beim Verstärker 73p ist der Ausgang des Verstärkers 71 mit dem invertierenden Eingang und beim Verstärker 73n mit dem nicht invertierenden Eingang verbunden. Die positiven Spannungshälften der Ausgangsspannung des Verstärkers 71 werden mit einer positiven Gleichspannung durch den Verstärker 73p verglichen. Der Verstärker 73p hat ein negatives Ausgangssignal, wenn die positive Gleichspannung kleiner ist als die Amplitude der positiven WechselSpannungshälften. Die negativen Wechselspannungshälften werden im Verstärker 73n mit einer negativen Gleichspannung verglichen. Der Verstärker 73n hat eine negative Ausgangsspannung, wenn die negative Gleichspannung kleiner ist als die Amplitude der negativen Wechselspannungshälften. Ist wenigstens einer der Ausgänge der Verstärker 73n und 73p negativ, so durchfließt den Widerstand 79 ein Strom, so daß die Eingangsspannung einer logischen Schaltung 80 von positiv auf "Null" absinkt. Infolgedessen spricht der Indikator 15 an, was auf einen zu hohen Übergangswiderstand des Zungenkontakts 1 deutet. Wenn die positiven und negativen Spannungshälften unter den einge~ stellten Grenzwerten bleiben, so sind die Ausgänge der Verstärker 73n und 73p positiv, so daß die Dioden 77 beide im gesperrten* Zustand sind. Die logische Schaltung 80 empfängt ein positives Signal, und der Indikator 17 gibt an, daß der Übergangswiderstand des geprüften Zungenkontakts 1 unter dem eingestellten Grenzwert bleibt.

Über die Eingänge 81, 83 und 85 wird die logische Schaltung gesteuert. Über den Eingang 83 wird mit einem Signal "R" die logische Schaltung 80 in eine Anfangsstellung gebracht. Über den Eingang 81 wird mit einem Signal (10) für ein von den Verstärkern 73p und 73n erzeugtes Signal der Zugang zur logischen Schaltung 80 genehmigt.

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Über den Eingang 85 wird mit einem Signal "20" ein von der logischen Schaltung 80 empfangenes Signal, Je nach der, Art des vom geprüften Zungenkontakt 1 herrührenden Signals, an den Indikator 15 oder 17 weitergeleitet.

Die Signale "R", "10" oder »20» sind als Funktion der Zeit in Fig. 7 dargestellt, die einen Meßzyklus einer Anordnung darstellt, die an Hand der Fig. 5 und 6 beschrieben wird.

Die in Fig. 5 dargestellte Blockschaltung ist eine Erweiterung zum Schema nach Fig. 1. Es ist eine Steuereinheit 19 hinzugefügt worden, die bestimmt, in welchem Augenblick welche Teile und auf welche Weise diese Teile der Anordnung arbeiten. Die Speiseeinheit 5 nach Fig. 1 ist in zwei Speiseteile 5a und 5b getrennt. Der Speiseteil 5a erzeugt einen rechteckförmigen Erregerstrom und der Teil 5b u.a. einen gewünschten, einem Zungenkontakt 1 angepaßten Erregerstroni für die Spule 3. Die Steuereinheit 19 enthält einen Impulsgenerator und Impulsteiler, die mit Hilfe von Gatterschaltungen Impulszyklen zum Steuern der Teile 5a, 5b, 7 und 13 der Anordnung erzeugen, beispielsweise wie bereits beschrieben für die logische Schaltung 80 nach Fig. 4.

Der Aufbau der in Fig. 5 in Blockschaltung dargestellten Speiseteile 5a und 5b sind in Fig. 6 dargestellt, und mit Hilfe dieser Figur wird die Wirkungsweise näher erläutert. Deutlichkeitshalber werden die Zeitdiagramme nach Fig. 7 verwendet. Mit einem Impulszyklus "1" (Fig. 7) der Steuereinheit 19 wird der Transistor 90 in einen leitenden oder gesperrten Zustand gebracht. Die Stromstärke durch die Spule 3 wird durch die Größe eines Widerstandes 91 bestimmt. Mit dem Widerstand 91 wird die Amplitude des rechteckförmigen Erregerstroms für die Spule 3 (siehe Fig. 5) eingestellt.

Mit dem Speiseteil 5b wird ein Erregerstrom für die Spule 3 erzeugt, die den mechanischen Federeigenschaften des Zungenkontakts 1 angepaßt ist, um für alle zu prüfenden Zungenkontakte einen nahezu gleichen Kontaktdruck zu erhalten. Dies ist

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wichtig, da der Kontaktdruck auch den Ubergangswiderstand bestimmt und ein zu hoher Kontaktdruck die Torsionsbev/egung der Kontaktzungen hemmt. Um für die zu prüfenden Zungenkontakte eine einheitliche Prüfungsschwelle oder einen einheitlichen Grenzwert verwenden zu können, müssen die Zungenkontakte alle bei der Messung einen nahezu gleichen Kontaktdruck haben. Dazu dient die elektronische Schaltung des Speiseteils 5b. Zunächst wird bestimmt, bei welcher Stromstärke durch die Spule 3 der Zungenkontakt 1 unterbricht. Darauf wird dieser bestimmten Stromstärke ein gewünschter Prozentsatz hinzugefügt, was zu einer der Federsteifheit des Zungenkontakts 1 angepaßten Erregung führt, die zu einem nahezu gleichen Kontaktdruck für die zu prüfenden Zungenkontakte führt.

Der Schaltung 5b wird ein Impulszyklus "O" der Steuereinheit 19 zugeführt, mit der ein Relais 95 (Fig. 6) vorübergehend erregt und ein Kontakt 95a geschlossen wird. Über einen Widerstand 96 entlädt sich ein Kondensator 97, wonach sich der Kontakt 95a wieder öffnet. Der Kondensator 97 bildet mit dem Verstärker 99 einen Integrator, der durch den oben beschriebenen Entladevorgang stets bei jedem Meßzyklus von einer gleichen Anfangsposition aus startet. Die Ausgangs spannung 100 des Integrators beträgt 0 Volt. Hierdurch befindet sich ein Transistor 101 im gesperrtem Zustand. Die Kollektor spannung des Transistors ist positiv, so daß eine Gatterschaltung 102 den Transistor 103 ■leitend macht, sobald die Steuereinheit 19 den Impulszyklus "2" an den zweiten Eingang der Gatterschaltung 102 legt. Leitet der Transistor 103, so lädt sich der Kondensator 97 auf. Die Folge davon ist, daß der Transistor 101 leitet, wodurch die Gatterschaltung 102 umschaltet, so daß der Transistor 103 sperrt. Der Kondensator 97 bleibt jetzt im aufgeladenen Zustand, bis ein folgender Impulszyklus "3" von der Steuerschaltung 19 der Gatterschaltung 106 angeboten wird. Das jetzt positive Potential 100 wird über den Verstärker 109 der Basis des Transistors 111 zugeleitet, so daß über den Transistor 111 und den Widerstand 113 ein Erregerstrom die Spule 3 durchfließt.

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Wenn der Transistor 90 gesperrt ist, wird dennoch der Zungenkontakt 1 geschlossen sein.

Da ein Transistor 105 über einen Relaiskontakt 104a und den Zungenkontakt 1 mit der Basis an Srde liegt, ist der Transistor 105 gesperrt. Am Kollektor 105 und somit an einem ersten Eingang des Gatters 106 liegt also eine positive Spannung. Die Gatterschaltung 106 macht beim Impulszyklus "3" der Steuerschaltung 19 den Transistor 107 leitend. Der Kondensator 97 entlädt sich hierdurch langsam, wodurch das positive Potential am Punkt 100 langsam absinkt. Der Erregerstrom durch den Transistor 11 sinkt langsam ab, bis der Wert erreicht ist, bei dem der Zungenkontakt 1 gerade öffnet. Der Transistor 105 leitet, wodurch der Transistor 107 gesperrt wird. Der Kondensator 97 entlädt sich nicht weiter, und das in diesem Augenblick vorhandene Potential am Punkt 100 bleibt erhalten.

Bietet die Steuereinheit 19 dem Transistor 115 einen Impulszyklus "8" an, wird das Relais 116 erregt, und der Kontakt 116a schließt. Über einen Widerstand 108b und ein Potentiometer wird ein einzustellender Prozentsatz des Potentials dem Verstärker 109 zugeführt. Die Widerstände 108a, 108b und 108c bilden mit dem Verstärker 109 eine Addierschaltung, so daß der Transistor 111 einen Strom führt, der gleich dem Strom ist, bei dem sich der Zungenkontakt 1 gerade öffnet, erhöht um einen eingestellten Prozentsatz. Der geschlossene Zungenkontakt 1 wird über einen Kontakt 104a des Relais 104, das vom Impulszyklus "9" der Steuerschaltung 19 betätigt wird, an den Ausgangswiderstand 39 des Wechselspannungsgenerators (nicht dargestellt) und an den Eingang des Detektors 13 (nicht dargestellt) gelegt. In Fig. 7 sind verschiedene Impulszyklen "0" bis "20" dargestellt, wobei der gegenseitige Zusammenhang deutlich hervortritt. Weiter ist eine graphische Darstellung des Erregerstroms durch die Spule 3 nach Fig. 6 dargestellt.

In den ersten 10 ms entlädt sich der Kondensator 97, Fig. 6, PHN 8123 - 13 -

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und die logische Schaltung 80 (siehe Fig. 4) wird in den Anfangszustand gebracht.

Von 10 bis 30 ras wird die Spule 3, Fig. 6, mit einem rechteckförmigen Strom erregt» und der Kondensator 97, Fig. 6, lädt sich auf.

Von 30 bis 80 ms entlädt sich der Kondensator 97 nach Fig. 6 langsam, und es wird der Strom bestimmt, bei dem sich der Zungenkontakt 1 öffnet.

Von 80 bis 100 ms ist die Spule 3 mit dem maximalen Strom erregt, zum Zeitpunkt 90 ms verbindet das Relais 104 den Zungenkontakt 1 mit dem Wechselspannungsgenerator 7 und dem Detektor 13 nach Fig. 5. Vom Zeitpunkt 100 ms an wird der Zungenkontakt geprüft, wobei die Spule 3 mit dem dem Zungenkontakt 1 angepaßten Strom erregt ist.

Von 100 bis 200 ms kann ein Detektionssignal von der logischen Schaltung 80 nach Fig. 4 festgestellt werden. Vom Zeitpunkt ms bis zum Ende des Meßzyklus ist das Ergebnis mittels der Indikatoren 15 und 17 auslesbar.

Zur Veranschaulichung des Unterschiedes im Kontaktdruck, der bei gleicher Erregung auftreten kann, ist in Fig. 8 für etwa vier beliebig gewählte Zungenkontakte 122, 124, 126 und 128 der Kontaktdruck P_c (gf) als Funktion der Erregung AW (in Amperewindungen) aufgetragen. Weiter ist in Fig. 8 dargestellt, daß für jeden Zungenkontakt ein nahezu gleicher Kontaktdruck erhalten wird, wenn zur Anzahl von Amperewindungen, bei denen ein Zungenkontakt unterbricht, ein gewisser Prozentsatz hinzugefügt wird. Werden beispielsweise 33 % zur erwähnten Anzahl von Amperewindungen addiert, so sind alle Kontakte 122, 124, 126 und 128 einem Kontaktdruck von 1,2 gf unterworfen, was mit einer Linie 130 veranschaulicht ist. Die Linie 132 veranschaulicht den Kontaktdruck P_ (1 gf), der entsteht, wenn.

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25 % der erv/ähnten Anzahl von Amperewindungen hinzugefügt v/erden.

In Fig. 9 ist ein Beispiel einer Zunge 10 eines Zungenkontakts 1 dargestellt, der auf die in dieser Anmeldung beschriebene V/eise erfolgreich geprüft werden kann. Die dargestellte Kontaktzunge 10 besteht aus einer Kontaktplatte 19, einem Steg 21, einer als Scharnier arbeitenden Platte 23 und einem Stegende 25. Das Stegende 25 ist in das Glas einer hermetisch geschlossenen (teilweise dargestellten) Hülle 24 durch Einschmelzen eingeklemmt.

Aus den Abmessungen der Kontaktzunge 10, der spezifischen Masse und der Steifheit des Werkstoffes kann die Torsionsresonanzfrequenz errechnet werden. Die dargestellte Kontaktzunge hat folgende Abmessungen:

Kontaktplatte 19: Länge: 20, Breite: 0,9, Dicke: 0,3 mm

Scharnier 23: Länge 33, Breite: 1,6, Dicke: 0,16 mm

Steg 21: Länge: 1,8, Durchmesser: 0,6 mm

Die Kontaktzunge 10 ist aus Nickel (50 %) und Eisen (50 %) hergestellt.

Wenn man annimmt, daß das eingeschmolzene Stegende 25 eine vollständige Einklemmung annähert, beträgt die errechnete Torsionsresonanzfrequenz 31,6 kHz.

Bei Messungen zeigt es sich, daß die mittlere Torsionsresonanzfrequenz tatsächlich wenig vom errechneten theoretischen Viert abweicht und daß die auftretende Streuung kleiner als 2 kHz ist.

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Von der Kontaktzunge 10 kann ebenfalls die Biegeresonanzfrequenz berechnet werden. Sie liegt in der Nähe von 2 kHz. Da jeder Zungenkontakt mit einem anderen Aufbau, anderen Abmessungen, aus anderem Werkstoff eine andere Torsionsresonanzfrequenz hat, sind die mittlere Frequenz sowie die Höchst- und Mindestfrequenz des Wechselspannungsgenerators 7, Fig. 1 und 5, einstellbar gemacht. Das gewünschte Frequenzband ist leicht einstellbar, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens nach der Erfindung gehen dem Detektieren mangelhaft leitenden Werkstoffes während der Torsionsresonanz der Kontaktzungen (Stufe C) noch zu beschreibende Stufen A und B voran. In der Stufe A werden Zungenkontakte mit einer Spule 3A für 3 bis 5 Sekunden in einem geschlossenen Zustand gehalten. Der Erregerstrom der Spule 3A besteht aus einem Gleichstrom, dem ein Wechselstrom überlagert ist. Die Frequenz des Wechselstroms entspricht der Biegeresonanzfrequenz des Zungenkontaks 1. Die Amplitude des Wechselstroms ist kleiner als die Amplitude des Gleichstroms. Das durch die Überlagerung der zwei Ströme erzeugte Magnetfeld, das in Längsrichtung des Zungenkontakts gerichtet ist, hat eine sich ändernde Stärke und hält den Zungenkontakt geschlossen. Das sich ändernde Magnetfeld bewirkt ein Übereinanderschieben der Kontaktplatten bei einem Anstieg und einem Abfall des Kontaktdrucks. Die Zungenkontakte weisen durch die diffundierte Oberfläche, wie beispielsweise eine Goldbeschichtung, eine unebene Kontaktoberfläche auf. Es besteht die Vermutung, daß Unebenheiten auf der Kontaktoberfläche, die verhältnismäßig groß gegenüber der mittleren Rauhigkeit sind, die Torsionsbewegung der Kontaktzungen abschwächen. Die Folge davon wäre, daß die Kontaktoberfläche nur teilweise abgetastet wird. Beim Übereinanderschieben der Kontaktplatten tritt ein Glätten der Kontaktoberflächen auf, das die erwähnte Abschwächung der Torsionsbewegung ausschließt. Das Glätten der Kontaktoberflächen bietet ebenfalls den Vorteil, daß die Kontaktzungen ein konstanteres Verhalten in bezug auf die zu benutzende

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Erregung beim Schließen und Öffnen des Zungenkontakts aufweisen.

Die zu detektierenden, mangelhaft leitenden Partikeln oder Schichten auf den PZontaktzungen entstehen u.a. durch die Behandlungen bei der Herstellung der Kontaktzungen. Mikroskopische Untersuchungen lassen vermuten, daß beim Glätten der Kontaktoberflächen der elektrische mangelhaft leitende Werkstoff in die- Unebenheiten der Kontaktoberfläche eingerieben wird. Angenommen wird, daß dieser Werkstoff durch die in der Praxis übliche Schaltungsweise mit nahezu rechteckförrnigen Schaltimpulsen freigemacht werden würde. Daher werden die Zungenkontakte nach dem Glättungsverfahren einer Prüfung unter annähernden Betriebsumständen unterworfen. Bei dieser Prüfung (Stufe B) wird eine große Anzahl von Zungenkontakt-en gemeinsam in eine große Spule 3B eingesetzt. Der Erregerstrom, mit dem die Spule 3B aktiviert wird, erzeugt ein als Funktion der Zeit rechteckförmiges Magnetfeld mit einer Frequenz von 55 Hz. Das. Magnetfeld bewirkt ein plötzliches Schließen und' Öffnen der Zungenkontakte, wobei sich im geschlossenen Zustand des Zungenkontakts die Stärke des Magnetfeldes nicht ändert. Auf diese Weise wird das Ubereinandergleiten der Kontaktplatten in der Stufe B vermieden, so daß die in der Stufe A in die Oberfläche eingeriebenen Unreinheiten losgerüttelt werden und nicht erneut in die Oberfläche eingerieben werden können. Die beabsichtigte Folge davon ist, daß die losgerüttelten Unreinheiten detektiert werden können. Dieses Losrütteln von Unreinheiten erstreckt sich über mehr als 100.000 Schaltungen. Die Zungenkontakte werden in der Stufe B eine Anzahl Male zusammen mit der Spule 3B in bezug auf das Schwerkraftfeld der der Erde um 180° umgekehrt, um möglichst viel gelöste Schmutzpartikeln zwischen die Kontaktplatten zu bringen, wo die Schmutzpartikeln detektiert werden können.

Der Stufe A und der Stufe B folgt die Detektionsphase, in der der (mangelhafte oder einwandfreie) Betrieb des Zungenkontakts

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geprüft v/ircL Der Prüfzyklus und die Wirkungsweise der Prüfanordnung sind in obiger Beschreibung bereits ausführlich erläutert worden. Deutlichkeitshalber sind in Fig. 10a, b und c die verschiedenen Prüf- und Erregerströme unter der zugehörigen schematisch angegebenen Stufe wiedergegeben.

Es ist eine Untersuchung an 10.000 Zungenkontakten durchgeführt worden, von denen 0,2 % einen erhöhten Kontaktwiderstand durch elektrisch mangelhaft leitenden Werkstoff auf den Kontaktplatten aufwiesen. Noch einmal 0,2 % wiesen katastrophale Fehler auf, d.h. sie konnten nach einiger Zeit nicht geschlossen oder geöffnet werden.

Unter Verwendung der Detektionsstufe C allein wurden von den geprüften Zungenkontakten 26 % abgelehnt. Darunter befanden sich 75 % aller Kontakte mit künftigen katastrophalen Fehlern.

Prüfungen mit Zungenkontakten, wobei der Detektionsstufe C die Einschüttelstufe B voranging, ergaben folgendes: abgelehnt 20 %, unter denen sich alle Zungenkontakte mit künftigen katastrophalen Fehlern befanden.

Von den mit der Stufe A, der Einschüttelstufe B und der Detektionsstiffe C geprüften Zungenkontakten wurden 9 % abgelehnt, unter denen sich alle Zungenkontakte befanden, die katastrophale Fehler aufwiesen.

Vergleichshalber ist es nützlich zu wissen, daß bei mikroskopischer Inspektion von Zungenkontakten etwa 15 % aller Zungenkontakte abgelehnt werden, wobei nur 60 % aller Zungenkontakte mit künftigen katastrophalen Fehlern gefunden werden.

PATENTANSPRÜCHE: PHiJ 8123 " . - 18 -

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

\Λ/ Verfahren zur Prüfung von Zungenkontakten auf elektrisch mangelhaft leitendes Material, deren elektrisch leitende Kontaktzungen aus magnetostriktivem Werkstoff bestehen und in einer hermetisch geschlossenen Hülle angeordnet sind, wobei der Zungenkontakt im Magnetfeld einer Spule geschlossen wird und anschließend bei einem andauernden Erregerstroia ein sich als Funktion der Zeit ändernder Prüfstrom durch den geschlossenen Zungenkontakt geschickt wird und eine zwischen Enden des Zungenkontakts erzeugte Spannung während einiger Zeit gemessen und mit einer Bezugsspannung verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerstrom beim Zuführen des Prüfstroms zum Zungenkontakt ein Gleichstrom und als Prüfstrom ein Wechselstrom benutzt wird, dessen Frequenz ständig zwischen einem Mindest- und einem Höchstwert pendelt, wobei eine Torsionsresonanzfrequenz des Zungenkontakts zwischen dem Mindestwert und dem Höchstwert liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Prüfen als Erregerstrom ein Gleichstrom benutzt wird, der um einen konstanten Prozentsatz größer als ein Äbfallgleichstrom ist, bei dem der betreffende Zungenkontakt von· einem geschlossenen in einen geöffneten Zustand übergeht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Durchfließen des Zungenkontakts mit dem Prüfstrom die Spule mit einem derartigen Erregerstrom aktiviert wird, daß der Werkstoff der Kontaktzungen magnetisch gesättigt wird, wonach der Erregerstrom auf einen Haltewert herabgesetzt wird, der größer als der Wert des Abfallgleichstroms ist, wonach der Strom zeitlich monoton, vorzugsweise linear, .auf den Wert des Abfallgleichstroms herabgesetzt und die Größe des Stromes beim Erreichen des Abfallgleichstromes in einem Speicher festgehalten wird, wonach die Spule erneut

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mit einem Strom erregt wird, der den Werkstoff der Kontaktzungen magnetisch sättigt, und anschließend auf den Gleichstrom herabgesetzt wird, der um einen konstanten Prozentsatz größer als der Abfallgleichstrom ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erregen der Spule mit einem Gleichstrom zum Prüfen der Zungenkontakt mit einer Frequenz niedriger als eine Biegeresonanzfrequenz des Zungenkontakts geschlossen wird und mit Hilfe eines von einem Einschüttelstrom erzeugten Magnetfeldes geöffnet wird, dessen Magnetfeldstärke eine rechteckförmige Amplitude hat.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zungenkontakt mindestens 10.000-mal mit dem erwähnten Einschüttelstrom geschlossen und geöffnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Prüfen des Zungenkontaktes mit dem Einschüttelstrom der Zungenkontakt mit einem Schaltstrom geschlossen gehalten wird, der eine Frequenz besitzt, die nahezu der Biegeresonanzfrequenz der Kontaktzungen entspricht, wobei der Schalt strom einen von Null abweichenden mittleren Wert hat.
7. Anordnung zum Prüfen von Zungenkontakten gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, die eine Spule, eine Speiseeinheit zum Erregen der Spule und einen Generator zum Erzeugen des Prüfstromes sowie eine Detektionsschaltung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator ein spannungsgesteuerter Oszillator ist und die Detektionsschaltung einen zweiseitigen Grenzwertdetektor enthält.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseeinheit zwei Speiseteile enthält, die unabhängig voneinander arbeiten, aber beide von einer gleichen Steuereinheit gesteuert werden und in zeitlicher Folge gemeinsam

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folgendes erzeugen:

einen rechteckfönaigen Erregerstrom, der 5.n einen zeitlich linearen auf.einen Mindestwert absinkenden Srregerstrom übergeht, bei welchen Kindestwert sich ein zu prüfender Zungenkontakt gerade öffnet, einen zweiten rcchteckiorrsigcn Erregerstrom, der in einen konstanten Erregerstrom übergeht. dessen Wert um einen konstanten Prozentsatz größer ist als der Mindestwert c wobei die rechteckfb'rniigen Erreger ströme von einem Speiseteil und der sich zeitlich ändernde sowie der konstante Erregerstrom vom anderen Speiseteil erzeugt v/erden.

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