DE3545114C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüf- und Meßeinrich­ tung für elektrische Kontakte, insbesondere von Steckkon­ takten für die Nachrichtentechnik, bei denen die eine Kontaktfläche während der Messung der Kontakteigenschaften gleitend auf der anderen Kontaktfläche hin- und herbewegt wird und ein Meßfühler die Reibkraft der Kontakte untereinander ermittelt.

Wie bekannt, kann es bei einer Relativbewegung von zwei Kontaktoberflächen je nach Art der verwendeten Materia­ lien, Befettungen, Kontaktgeometrien oder Kontaktkräften zu Reibkorrosion kommen. Die Relativbewegungen von eini­ gen µm bis zu mehreren hundert µm könnte zum Beispiel bei folgenden Beanspruchungen auftreten:

• - mobiler Einsatz
• - Transport
• - Temperaturschwankungen (unterschiedliche Ausdehnungsko­ effizienten können zu Relativbewegungen führen)
• - in der Nähe externer Vibrationsquellen (z.B. größerer Trafo, Ventilator, Motor).

Durch die Relativbewegung bedingt, kommt es zu einem Ver­ schleiß der Kontaktoberfläche und zusätzlich je nach ver­ wendetem Kontaktwerkstoff zu einer Oxydation der Oberflä­ chenpartikel (zum Beispiel bei Sn) oder zu einer Polymeri­ sation der an der Oberfläche absorbierten oder durch Be­ fettung vorhandenen organischen Stoffe (zum Beispiel bei Palladium). Beides kann zu Kontaktwiderstandserhöhungen bis zur Kontaktunterbrechung führen.

Soweit solche Untersuchungen bisher durchgeführt wurden, sind folgende Antriebsarten für die Relativbewegung ver­ wendet worden:

• 1. Antriebe mit Exzenterantrieb
• 2. Antrieb über Schrittmotor
• 3. durch Temperaturzyklen hervorgerufene Bewegungen
• 4. Vibrationsanlagen

Verfahren 1 und 2 haben den Nachteil, daß besonders bei niedrigen Frequenzen zusätzliche unerwünschte und unde­ finierte Bewegungen auftreten können. Es muß bei dieser Art von Antrieben eine Drehbewegung in eine lineare Be­ wegung umgesetzt werden. Eine spielfreie Übertragung ist damit nur schwer und kostenintensiv möglich. Außerdem ist der apparative Aufwand größer, falls zum Beispiel eine schrittweise Ansteuerung gefordert ist.

Verfahren 3 ist für schnelle Bewegungszyklen nicht geeig­ net. Es läßt sich auch nur schwer ein definierter Hub einstellen.

Mit Vibrationsanlagen läßt sich nur aufwendig der Hub einstellen, außerdem ist eine schrittweise Abtastung der Reibzone nicht möglich.

Eine Einrichtung zur Prüfung des Kontaktverhaltens ist durch die Zeitschrift "Metalloberfläche" 32, 1978, Seiten 423 bis 429, insbesondere Fig. 11 zum Kapitel 2 und 4 beschrieben. Dabei wird eine Meßapparatur aufgezeigt, die gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufgebaut ist. Über den Antrieb finden sich dort keine näheren Angaben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Einrichtung zur Kontaktprüfung anzugeben, die mit einfa­ chen Mitteln eine Simulation der in Betrieb auftreten­ den Kontaktierungsvorgänge erlaubt und die elektrischen Eigenschaften des Kontaktes zu kontrollieren ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen genannten Merkmale gelöst.

Die Prüfeinrichtung ist in Fig. 1 dargestellt.

Auf einer Grundplatte 1 befindet sich ein in Längsrich­ tung verschiebbarer Bock 2 mit einem Piezotranslator 3. Dies ist ein piezoelektrisch angetriebener Längsschwin­ ger. Auf dem beweglichen Teil des Piezotranslators ist eine Prüflingsaufnahme 5 für einen Teil des Kontaktes befestigt. Um die Radialbelastung des Piezotranslators zu verhindern, wird die Kontaktkraft von einem an einem Ausleger 18 befestigten Rillenkugellager 6 abgefangen. Die vom Translator erzeugte Bewegung wird von einem in­ duktiven Weggeber 4 aufgenommen. Dies ist ein Meßfühler der es gestattet, vorzugsweise elektrisch den Hub und die Frequenz dieses Kontaktteiles zu messen. Der eine Teil des Kontaktpaares wird also mit der Prüflingsaufnahme 5 kraftschlüssig verbunden, der andere Teil auf einer Blatt­ feder 7 durch Klemmen, Kleben oder Löten befestigt. Diese Blattfeder ist auf der dem Kontakt 16 abgewandten Seite über einen in der Höhe verstellbaren Bolzen 14, der in einem an der Grundplatte 1 befestigten Bock 19 gelagert ist, befestigt. Der Bolzen kann mit Hilfe eines Schrauben­ triebes mit einer Rändelmutter 15, deren Stirnseite mit Teilungsstrichen versehen ist, in der Höhe genau einge­ stellt werden.

Mit der Einspannvorrichtung 9 für die Blattfeder ist durch den Bolzen 14 hindurch rückseitig ein sog. Kraft­ aufnehmer 8 kraftschlüssig verbunden. Dieser Kraftauf­ nehmer bildet einen Meßfühler, mit dem, vorzugsweise durch Umwandlung in elektrische Signale, die Kontakt­ reibkraft gemessen werden kann.

Die Blattfeder 7 hat dabei drei Aufgaben zu erfüllen:

Sie soll eine absolut spielfreie Verbindung zur Einspann­ vorrichtung 9 für den nicht bewegten Teil des Kontaktes schaffen. Dies ist Voraussetzung für eine Reibkraftmes­ sung im µm-Hubbereich.

Außerdem soll sie die Radialbelastung des Kraftaufneh­ mers 8 verhindern.

Ferner soll sie eine restlose Übertragung der Kontakt­ kraft auf das Kontaktpaar ermöglichen.

Um auch Untersuchungen an Kontakten unter Stromlast durchführen zu können ist der Spannkopf 9 vom Kraftauf­ nehmer 8 elektrisch isoliert. Die Zuleitungen für die Messung der Kontakteigenschaften sind in der Figur nicht gesondert eingezeichnet.

Im Bereich des Kontaktes ist zwischen den beiden Einspann­ vorrichtungen ein Ständer 17 auf der Grundplatte befestigt. Im oberen über den Kontakt hinausragenden Teil des Stän­ ders ist eine für das Zusammendrücken der beiden Kontakt­ teile dienende Vorrichtung angebracht, die in einem nadel­ förmigen Stempel 10 endet, der von oben her auf den mit der Blattfeder 7 verbundenen Teil des Kontaktes drückt. Die Druckkraft wird letztlich vom Kugellager 6 am Ausleger 18 aufgefangen.

Die Kontaktkraft wird durch eine Anordnung von Gewichten 13 erzeugt und über die Nadel 10 auf das Kontaktpaar über­ tragen. Das Gewicht der Nadel 10 samt ihrer Aufnahme wird durch eine Druckfeder 12 kompensiert, so daß die Gewichte unmittelbar den Kontaktdruck angeben.

Um den Angriffspunkt der Nadel auf den Kontakt 16 genau einstellen zu können, ist der Träger 11 der Gewichtauf­ nahme an einem Auslegearm 21, der in der Darstellung zum Betrachter hin gezeichnet ist, schwenkbar gelagert und mit einer Exzenterbuchse versehen. In der gewünschten Position werden der Auslegearm samt Exzenterbuchse mittels einem olivenartigen Drehgriff 20 arretiert. Unabhängig da­ von läßt sich der Träger auch noch drehgesichert in der Höhe verstellen.

Die Nachteile der bisher verwendeten Antriebe werden so insbesondere durch die der Erfindung zugrundeliegende An­ triebsart vermieden.

Die Bewegung der Kontaktpartner erfolgt nämlich mit einem Piezotranslator. Piezotranslatoren sind elektrisch an­ steuerbare Stellglieder, die ohne rotierende Teile, allein durch Ausnutzung des piezoelektrischen Effektes ihre Ab­ messungen ändern. Entsprechend der von außen zugeführten elektrischen Spannung und Wahl des geeigneten Translators kann man den Hub von Bruchteilen eines µm bis in den mm- Bereich verändern. jede Änderung der Spannung wird direkt (spielfrei) in eine Linearbewegung umgesetzt.

Es sind sowohl sehr langsame Betätigungsfrequenzen als auch schnelle Positionsänderungen im µs-Bereich möglich. Der Hubbereich kann auch schrittweise abgetastet werden. Die Bewegungen werden direkt auf den Prüfling übertra­ gen.

Für die Ansteuerung des Translators werden bei oszillie­ rendem Betrieb ein Frequenzgenerator mit Spannungsver­ stärkung oder für schrittweisen Betrieb ein rechner­ steuerbarer D/A-Wandler bzw. steuerbares Netzteil be­ nötigt. Da die genannten Geräte normalerweise in Labor- und Prüfstellen vorhanden sind, ist der zusätzliche apparative Aufwand gering.

Die vorgeschlagene Einrichtung kann Relativbewegungen an einzelnen Kontaktpaaren (zum Beispiel Kontaktmesser-Kon­ taktfeder von Steckverbindern) mit variablen Frequenzen, Hüben oder schrittweise ausführen. Die Bewegungen wer­ den spielfrei direkt auf den Kontakt übertragen (Bereich: einige 1/10 µm bis einige mm). Es lassen sich Reibvor­ gänge und Bewegungsabläufe simulieren und damit dynami­ sche Vorgänge an den Kontakten untersuchen. Man kann so­ wohl komplette Kontaktpaare einspannen (z.B. Kontakt­ messer, Kontaktfeder) als auch Grundsatzuntersuchungen an Prüfmustern bei variablen Andruckkräften durchführen. Gleichzeitig können durch Kontaktkraft, Kontaktober­ flächenbeschaffenheit oder Befettung entstehende Reib­ kräfte gemessen werden (Kraft-Weg-Diagramm). Die Bewegung kann in Abhängigkeit von der Steuerspannung zum Beispiel sinusförmig oder linear erfolgen.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann eine bei bestimmten Kontaktmaterialien wichtige zusätzliche Aussage über die Verwendbarkeit von Kontaktoberflächen gewonnen werden.

Claims (8)

1. Prüf- und Meßeinrichtung für elektrische Kontakte ins­ besondere von Steckkontakten für die Nachrichtentechnik, bei denen die eine Kontaktflächen während der Messung der Kontakteigenschaften gleitend auf der anderen Kontaktfläche hin- und herbewegt wird und ein Meßfühler die Reibkraft der Kontakte untereinander ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für den gleitbaren Teil einer ersten Einspannvorrichtung (5) für den Kontakt (16) ein Piezotranslator (3) dient.

2. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezotranslator (3) auf einem auf einer Grundplatte längs verschieblichen Block gelagert ist, der einen Ausleger (18) trägt, der zur Unterstützung der darüber befindlichen Einspannvorrichtung (5) im Kontaktbereich ein Kugellager (6) trägt.

3. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Teil des Kontaktes auf einer Blattfeder (7) befestigt ist, die über eine weitere Einspannvorrichtung (9) an einem höhenverstellbaren Bolzen (14) ebenfalls auf der Grundplatte (1) ruht.

4. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einspannvorrichtung (9) ein Kraftaufnehmer (8) sitzt, der als Meßfühler für die Reibkraft des Kontaktes dient und vorzugsweise als elektrischer Fühler ausgebildet ist.

5. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kontaktbereich ein Ständer (17) auf der Grundplatte (1) befestigt ist, an dem ein nadelförmiger Stempel (10) vertikal bewegbar und mittels Gewichten vorspannbar gelagert ist, der die beiden Kontakte an der erwünschten Stelle (16) aufeinander und gegen die mit dem Translator ver­ bundene Einspannvorrichtung (5) drückt.

6. Prüf- und Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nadelförmige Stempel (10) am Ständer (17) exzentrisch schwenkbar gelagert ist, daß der Aufsetzpunkt des Stempels (10) auf den Kontakt einstellbar ist.

7. Prüf- und Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Piezotranslator ein Meßfühler angreift, der es gestattet, vorzugsweise durch Umsetzung der Bewegung in elektrische Signale, Hub und Frequenz der Prüfaufnahme zu messen.

8. Prüf- und Meßeinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannvorrichtungen (5, 9) für die beiden Kontaktteile elektrisch voneinander isoliert und zu einer Meßvorrichtung für die Kontakteigenschaften geführt sind.