DE2939901A1

DE2939901A1 - Vorrichtung zum pruefen von elektrischen kontakten

Info

Publication number: DE2939901A1
Application number: DE19792939901
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. 6450 Hanau Becker; Rudolf 6458 Rodenbach Schnabl
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1979-10-02
Filing date: 1979-10-02
Publication date: 1981-04-09
Also published as: JPS5660359A; GB2059605B; FR2466777B1; DE2939901C2; GB2059605A; FR2466777A1; US4336496A

Description

Hanau, 25. Sept. 1979 ZPL-Zw/RÖ

W. C. Heraeus GmbH, Hanau/Main

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

"Vorrichtung zum Prüfen von elektrischen Kontakten"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von elektrischen Kontakten, insbesondere hinsichtlich des Kontaktwiderstandes.

Ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Ffauptanspruches ist in der Zeitschrift "Metalloberf lache" , Jg. 32 (Ι97β) lieft 10, unter dem Titel "Prüfung des Kontaktverhaltens von galvanisch abgeschiedenen Schichten(I)" von K.L. Schiff und R. Schnabl veröffentlicht. Auch das bekannte Meßgerät gestattet einen automatischen Meßablauf mit einstellbarer Kontaktkraft, kontrollierter Aufsetzbewegung dos Sondenkontaktes und Vermeidung der Verschleppung von Korrosionsprodukten durch den fremden Kontakt.

Da es bei derartigen Prüf vorr i.clitungon vor π 1 .1 »mm auf ein präzis« und sanftes Aufsetzen des Sorxlntikon tak t es auf «lie '/.ti priifcn«le Ober fluche bzw. Probe ankommt, hat man die Aufsetzgoschwindigkeit «les Prüfstiftes bereits einstellbar gemacht, z.U. bei hydraulisch, pneumatisch oder elektro-dvnatnisch betätigten Waagesystemen. Nicht einstellbar dagegen war die Aufsetzgeschwindigkeit des Prüfst if tos bei Ex/*'" ätr>rsrhoii->«?n-V«rstei

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des Waagesystems. Dadurch konnten Schwingungen während des Aufsetzens von der Sonde auf die Probenoberfläche übertragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung des einfachen mechanischen Antriebs über Kurvenscheibe für den Waagebalken eine Dämpfungseinrichtung zu schaffen, die ein stoß- und schubfreies bzw. schwingungsfreies Aufsetzen des Meßfühlers der Sonde gewährleistet.

Darüber hinaus soll der Meßablauf leicht automatisierbar und vorprogrammierbar sein. Für verschiedenartige Proben sollen unterschiedliche Meßfühler oder -sonden einsetzbar sein. Die Vibrationsfreiheit des Aufsetzens der Sonde soll auch bei Verwendung eines elektromotorisch angetriebenen Sondenrädchens sicher_^gestellt werden.

Alle diese Forderungen und darüber hinaus weitere Forderungen werden von der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist, erfüllt. Weitere Forderungen werden von Ausgestaltungen dieser Erfindung erfüllt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und anhand dieser Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.

Zur Erfindung gehören ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen dei* beschriebenen, dargestellten und beanspruchten Merkmal ο, sowohl untereinander als auch mit an sich bekannten Merkmal on.

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Es zeigen:

Fig. 1 : das Prinzip der Prüfvorrichtung mit Waagesystem, Kurvenscheiben-Antrieb und Kraftübertragung auf

Waagebalken und Sonde;
Fig. 2 : die Kurvenscheibe und die ihr zugeordneten Mittel, die die Verbindung (Positionierung) zur Mikroprozessor

gesteuerten Meßablaufsteuerung herstellen; Fig. 3 : stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung in

Vorderansicht dar;
Fig. ^;i : die Ausführungsform nach Fig. 3 in perspektivischer Sicht.

Fig. 5 : Blockschaltbild und Fig. 6: Zeit-Ablaufdiagramm Wie Fig. 1 zeigte besitzt da.s Waagesystem der Kontaktprüfvorrichtung einen Waagebalken 10, der mit seiner Achse 11 praktisch spielfrei, jedoch äußerst leichtgängig in einem Rahmen 12 gelagert ist. An einom Ende des Waagebalkens auf der einen Seite von der Achse It ist ein Gegengewicht 13 gegenüber der Sonde k auf der anderen Seite des Waagebalkens dargestellt.

Die Sonde '"*, bestehend aus einem aufsetzbaren elektrischen Kontakt als Meßfühler, z.B. in Form eines Rädchens, ist in einem Träger l't eingesetzt, der seinerseits auswechselbar for^- und/oder kraftschlüssig an dem Wangebalken IO gehaitert ist. Bevorzugt wird eine Steckkupplung, wie bei elektrischen Steckkontakten üblich (Koaxialsteckor), derart, daß sowohl eine stabile und spielfreie mechanische Verbindung als auch eine sichere elektrische Verbindung über zwei gegeneinander und gegen Masse isolierte Strompfade gewährleistet ist< Die Abhebe- und Aufsetzbewegung dos Waagebalkens IO mit der am Träger l't befestigten Sonde ^;l auf din Probe "3 hin bzw. von <Iieser weg, wird von einer elektromotorisch angetriebenen Kurvenscheibe l"j gesteuert. Hierzu dient mit Vorteil ein rege 1 borer Gleichs tromt^ntr ieb ,

Kurvenscheibe jawfil.s um einen bestimmten Winkel-

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betrag in nachher noch zu erläuternder Weise bewegt. Dabei wird zum Abheben der Stößel 7 nach oben bewegt und zum Aufsetzen der Sonde k abgesenkt. Die Kraftübertragung von der Kurvenscheibe 15 auf den Waagebalken 10 über den Stößel 7 erfolgt mit Hilfe zweier entgegengesetzt polarisierter Permanent-Magnete hoher Koerzitivkraft. Hierdurch erfolgt jegliche Bewegung des Hebelarmes nur sanft infolge der Dämpfung durch das magnetische Feld zwischen den beiden Dauermagneten, da sich deren einander zugekehrte glaiche Pole abstoßen. Daher wird der Waagebalken mit der Sonde k an ihrem Träger lA stets sanft auf die Probe 5 aufsetzen, d. h. ohne Stöße oder Schübe zu erzeugen.

Aus Figur 2 ist erkennbar, wie leicht die Steuerung des Kurvenscheibenantriebs und damit, wie vorher beschrieben, des Waagebalkens und derSonde automatisierbar ist. Auf der dem Motor, welche auf der Antriebswelle l6 auf einer Seite der Kurvenscheibe sitzt, abgekehrten Seite, sind Permanentmagnete 17, z. B. in Topfform angebracht, die bei Annäherung au die einander zugekehrten Spitzen der Zungen lft und 19 ein_es Peedkontaktschalters 20 üblicher Bauart mit der Mikroprozessorgesteuerten Automatik für den Meßablauf verbunden sind, etwa derart, daß eine Positionsmeldung der Stellung der Kurvenscheibe 1 1 und damit des Wangebalkens LO erfolgt. Wird Hildas Material der Kurvenscheibe ein Magnetwerkstoff gewählt, und für die Permanentmagnete ein Werkstoff von relativ hoher Koerzitivkraft, so ergibt sich der Vorteil, daß die Magneto auf der Scheibe 15 selbsthaftend sind, wodurch sie schnell und exakt in gewünscht or Woiso justiert und örtlich verändert werden können, da die Anzahl, und Anordnung der Magneto und/oder der Peedkontakt-Scha1 tor froi wählbar ist.

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Auf diese Weise ist es möglich, mehrere Proben, die etwa in

.Meß
einem gemeinsaroen/magnzin angeordnet sind, welche seinerseits wieder auf dem Probentisch gehaltert ist, nacheinander nach einem vorwählbaren Programm anzusteuern und zu messen bzw. zu prüfen.

Für Messungen an einheitlichen Probenformen kann das Meßgerät mit festprogrammierten Prüfabläufen ausgestattet werden. Es können jedoch auch die Meßabstände für die Proben über eine Eingabetastatur vorgewählt werden. Die Positionierung in X-Richtung erfolgt über einen eigenen Schrittmotor zum Antrieb des Probentisches mit Meßmagazin.

In Y-Richtung ist das Meßmagazin durch einen Mikrometer-Antrieb manuell oder auch ebenfalls programmgesteuert durch einen zusätzlichen Schrittmotor verstellbar. Das Programm kann auf einem üblichen Magnetband gespeichert sein und den Meßablauf vorher bestimmen. Zur Speicherung und Wiedergabe können übliche Bandgeräte verwendet werden. Das Bandgerät ist mit einem Mikroprozessor verbunden, der seinerseits mit ΧΎ-Tisch mit Probenaufnahme bzw. Meßmagazinaufnahme auf dem Probentisch bei mehreren Proben sowie Abtastvorrichtung und Schnittstelle als Einheit verbunden ist (vgl. Fig. 5). An der Eingabetastatur sind neben dem Abstand der einzelnen Meßpunkte zusätzliche Informationen vorwähjLbar, wie Anzahl der Einzelmossungen, Einzel- oder MßhrfachmessAingeTa pro Prüfling oder Vorwahl eines bestimmten Reitwegs möglich.

Werden Kontaktteile unterschiedlicher Oberflächenform, Kontur oder dergleichen geprüft, so setzen solche unterscliiedlichen geometrischen ProhePormon auch untorschiedliehe Sonden voraus, wie auch unterschiedliche Matorinlien, Oberflächenzusammensetzungen, Federn, Nieten, Drähte, Streifen, Walzprofile oder dergleichen.

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Wenn, wie dargestellt, der Sondenträger 1Λ als mechanische und elektrische Steckkupplung ausgebildet ist, so kann diesen unterschiedlichen Meßanforderungen jederzeit durch die Wahl einer entsprechenden Sonde Genüge getan werden. Als Sonde, Meßfühler oder Kontakt kann dann ein Prüfstift, ein Prüfdraht oder eine Kontaktniete aber auch ein Rädchen verwendet werden. Durch die Steckverbindung wird das Auswechseln des Sondenkontaktträgers stark vereinfacht. Probenform, Abstand und Oberfläche usw. können mit der Wahl der jeweiligen Sonde und ihres Trägers leicht eingehalten werden.

Bei Verwendung eines Kontakträdchens als Meßfühler läßt sich dies leicht nach jeder Messung einige Winkelgrade verdrehen und auf diese Weise werden Verschleppungen von Verunreinigungen von einem Meßpunkt auf den nächsten vermieden. Beim Wechseln des Sondenträgers ist das Meßrädchen leicht zu reinigen.

Bei bisher bekannten Konstruktionen mit einer Sonde in Rädchenform war zu deren Bewegung ein relativ großer Aufwand nötig. Eine einfache Lösung für einen elektromotorischen Antrieb des Sondenrädchens ist ein direkt kuppelbarer Kleinmotor, wie den Figuren 3 und 't zu entnehmen. Der Kleinmotor 1 ist federnd an einem Tragarm 6 an dessen freiem Ende aufgehängt, wobei bevorzugt wird ein Tragarm 6 aus magnetischem Federstahl. Dieser Arm 6 ist bevorzugt seitlich relativ zum Lagerrahmen des Waagebalkens 10 wegschwenkbar entgegen der Wirkung eines Magneten 9, der den Tragarm 6 in der eingokuppeLten Stellung festhalten will. Al« Lager kann dabei die Stellschraube ft dionen, insbesondere wenn sie an ihrer Spi tzr kuppenfürmi.g ausgestaltet ist (vgl. Fig. 3). Das Sondenrad 't ist auf einer Seito dos Sondentrügors 1 \ gelagert und kann mit einem Gogonrad auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, d.h. direkt verbunden, sein. Dieses Gegenrad ist dann auf der gegenüber l.iogendoi Seito des Trägers 1 -\. Auf dieser Seite -sitzt auch dor Kleinmotor 1 mit seinem An t r iclisr i tzo L (vgl. Fig. 3), welches

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in und außer Eingriff mit dem Rad 3 gebracht werden kann. Mit Vorteil ist die Anordnung so getroffen, daß im Moment des Abhebens des Waagebalkens das Ritzel, welches vom Antriebsmotor angetrieben wird, in das Zahnrad 3 eingreift und dadurch das Sondenrädchen 'i um einige Winkelgrade verdreht, wobei der Antriebsimpuls durch Einstellung der Länge des Gleichstromimpulses an den entsprechenden Motor 1 gesteuert werden kann. Bei Absenken des Waagebalkens mit der Sonde läuft das Sondenrädchen 'i und sein Gegenrad 3 frei, d.h. außer Eingriff mit dem Ritzel des Motors 1. Dadurch ist nur die jeweils über Gewichte, Federkraft, Stellschraube bzv. Spindel oder TauChspulenantrieb diskontinuierlich oder kontinuierlich verstellbare Kontaktkraft bei der Kontaktwiderstandsmessung wirksam.

Funktionsbeschreibung:

Die Funktion der Kontaktprüfvorrichtung sei nachstehend anhand des Blockschaltbildes Figur 5 erläutert, während die

eines
zeitliche Folge Prüfablaufs aus dem Diagramm Figur 6 ersichtlich ist.

Das Prüfprogramm wird bevorzugt in einem Handspeicher auf Magnetband gespeichert, der mit dem .Mikroprozessor verbunden ist. Dieser kann die gespeicherten Informationen abrufen und der Schnittstelle zufü'.^en. Die Anfangsposition des Probenmagnzins und die Austarierung des Waagesystems {Balken mit Sonde und Gegenkraft) wird manuell eingestellt. Der Bereich der Belastung des Waagebalkens liegt etwa zwischen 2 und 20OcN im angegebenen Ausführungsbeispiel, ohne jedoch hierauf be-

Absoukbewtjgung
schränkt zu sein. Die ist entsprechend einstellbar. Cvemäl einem Merkmal der Erfindung erfolgt die Einstellung ruckfrei und kontinuierlich, ebenfalls programmgesteuert.

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Zunächst setzt die am Waagebalken mittels Träger befestigte Sonde auf der ersten Probe auf. Der eingeprägte Meßstrom wird eingeschaltet. Die Prüfbedingungen richten sich im wesentlichen nach DIN h\6'iQ soweit sie die elektrische Messung des Kontaktwiderstandes betreffen. Es wird deshalb mit einer^ maximalen Gleichspannung von 15 Millivolt und eingeprägten ·***■*-*· Meßströmen von 1 bis 10 Milliampere (vorwählbar) gearbeitet.

Der als Maß für den Kontaktwiderstand zwischen Sonde und Probe auftretende Spannungsabfall zwischen den vor der Kontaktgabe elektrisch isolierten Kontakten wird auf einem hochohmigen Spannungsmeßgerät angezeigt. Angeschlossene Registriergeräte werden durch einen nach definierter Zeit abgegebenen Tmpuls zur Übernahme des Meßwertes veranlaßt.

Als Registriergeräte können Drucker, Klassiergeräte, Lochstreifen-Stanzer oder Rechner eingesetzt werden. Eine Klassieruijig der Meßwerte und Ausgabe auf einem Drucker kann jedoch auch durch den Mikroprozessor erfolgen. Die Meßwertübernahme erfolgt wie aus Figur 6 ersichtlich, nach einer Zeit T nach Beginn des Einschaltens des Meßstromes.

Danach vergeht eine Zeit T₇ bis der Meßstrom abgeschaltet wird und die erste Messung beendet ist. Danach erfolgt wie zu Deginn das Einschalten des Hubmotors bis der Waagebalken mit der Sonde von dor Probe abgehoben hat und in der darauffolgenden Zeitspanne T^ nach dom Ausschalten des Meßstromes wird der Schrittmotor zum Antrieb des Messtisches eingeschaltet Nach der Messtischbewegung treibt der Sondenmotor für eine vorgewählte Zeitspanne T das Sondenrädchen an und verdreht es damit um einen bestimmten Winkelbetrag, sodaß für die nächste Messung eine saubere Oberflächenstelle zur Verfügung stoht.

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- ι:

Dnnnch wird der Motor erneut eingeschaltet und treibt die Kurvenscheibe 15 so lange an, bis diese um einen Winkelbetrag verdreht ist, an dem der nächste Permanentmagnet 17 erreicht wird. Das Erreichen dieser Position wird mit Hilfe der Peedkontaktschalter 20 an die Steuerung rückgemeldet.

Die Steuerung der Schrittmotoren für den XY-Tisch wurde in diosem Zusammenhang nicht beschrieben, da sie in bekannter Weise erfol,<rt,

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Claims

Hanau, 25. Sept, ZPL-Zw/Rö

1979

W. C. Heraens GmbH, Hanau/Main

Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

"Vorrichtung zum Prüfen von elektrischen Kontakten"

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zum Prüfen von elektrischen Kontakten hinsichtlich des Kontaktwiderstandes enthaltend einen Waagebalken, der einen Meßfühler zum Aufsetzen auf eine Probe sowie gegebenenfalls eine einstellbare Last (Gewichte für die Einstellung der Kontaktkraft) trägt und der durch eine Verstelleinrichtung, z. B. eine elektromotorisch angetriebene, drehbare Kurvenscheibe, bewegt wird gekennzeichnet durch einen Sondentrager, der an dem Waagebalken auswechselbar form- und/oder kraftschlüssig gehalten ist; eine Waagebalken-Verstel!einrichtung mit einem Magnetfeld zwischen zwei mit gleichen Polen einander gegenüberliegenden Magneten;

ein Motorträger (in Arbeitsstellung parallel zum Waagebalken) aus magnetischem Federwerkstoff, an dessen freiem Ende ein elektrischer Kleinmotor so aufgehängt ist, daß er in einer Stellung, in der die Sonde nicht auf der Probe aufliegt, an einem davon ntr/.utrcibnndon Sondonradchen angekuppelt und in der andoron Moß-bzw. Kontaktste L lung zwischen Sonde und Probe ausgekuppelt ist, sodaß während der Kontaktwiderstandsmessung nur die eingestellte Kontaktkraft wirksam ist.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Kontaktkraft mittels unterschiedlicher Lasten (Gewichte) ersetzt ist durch eine kontinuierliche Verstellung, insbesondere einer Spindel mit einem elektromagnetischen Antrieb.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Teil, an dessen freiem Ende ein elektrischer Kleinmotor für das davon anzutreibende Sondenrädchen aufgehängt ist, um einen Winkelbetrag von dem Waagebalken wegschwenkbar ist,der _so groß ist, daß der Sondenträger außer Eingriff mit dem Waagebalken gebracht werden kann«

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet-, daß der elektrische Kleinmotor an dem freien Ende eines Teils aus magnetischem Federwerkstoff mittels eines Permanentmagneten an das davon anzutreibende Sondenrädchen kuppelbar ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vornergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dxrrch einen Baue rfna fine ten, -der den Waagebalken und/oder einen damit verbundenen Teil in einer einstellbaren Cileich^ewic^its-Anasgarigsla^e liält.

ii„ Vorrichtung zum automatischen Prüfen vtm elektrischen Kontakten hinsichtlich des Kontnktwiderstandes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <1aß das oder die HeS-

. , . , , /Speicher ,,.,

programme gespeichert sind, der/,iti cxnan Mikroprozessor angeschlossen ist, der seinersfllts über -ein-o Schni.tlstci Le mit der von einetn Ronstantstro«! ixMufschiagtcn Abtastvorrichtung irsit Sonde verbunden ist, deren Ne'isignal «ine«

ssuTiirsslie<1 und von dort dor öatenverarbeitungsJ

zugeführt wird.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe, die der Verstellung des Waagebalkens dient, vorzugsweise auf einem Kreisbogen mehrere Haftmagnete tragt, welche (nacheinander) während des Ablaufs der Drehbewegung der Kurvenscheibe an einem oder mehreren Reedkontaktschalterooder Schutzrohrkontaktenmit magnetischen Zungen, der im Abstand von der Scheibe mit seiner größten Längsausdehnung parallel zu dieser angeordnet ist, vorbeibewegt werden.

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