DE3612338A1 - Messverfahren zur lageerkennung bzw. -ueberwachung von wenigstens einer ferromagnetischen spiralfeder und zugehoerige messeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßverfahren zur Lageerkennung bzw. -überwachung von wenigstens einer ferromagnetischen Spiralfeder, welche in korrekter Po­ sition mit ihren Enden in Ausnehmungen und Vorsprüngen eines Gehäuses aus Kunststoff oder dgl. in vorbestimmter Lage fixiert ist. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Meßeinrichtung.

Bei der Montage von Schalterplatten für Schaltwerke müssen Spiralfedern, beispielsweise 16 Federn in zwei Reihen, in vorgepreßte Kammern des Gehäuses eingelegt und beim Zusammenfügen der Führungsteile zusammenge­ drückt werden. Wegen der Lage in Längsrichtung der Schaltbrücken haben die eingelegten Spiralfedern im Augenblick des Aufsetzens der Deckplatte keine defi­ nierte Lage. Es kann daher vorkommen, daß eine oder mehrere Spiralfedern von dem dafür vorgesehenen Noppen des Gehäuses nicht zentriert werden, sondern seitlich wegstehen.

Beim Stand der Technik erfolgt die notwendige Qualitäts­ kontrolle weitgehend visuell, beispielsweise dadurch, daß an mehreren Meßstationen von einer Kontrollperson eine Stableuchte in den Prüfling eingeführt wird und die Lage jeder Feder kontrolliert wird. Ein solches Verfah­ ren ist nicht automatisch durchführbar, so daß es für eine automatengerechte Fertigung von Schaltwerken unge­ eignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren anzu­ geben und die zugehörige Meßeinrichtung zu schaffen, mit denen in einfacher Weise die Lage von beidseitig ein­ gespannten Spiralfedern erkannt bzw. überwacht werden kann. Insbesondere soll ein derartiges Verfahren auto­ matisierungsfreundlich und in eine Montagevorrichtung einbaubar sein.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein gegen eine Rückstellkraft beweglich ange­ ordneter Magnet in die Nähe der Spiralfeder gebracht wird, wobei der Magnet von einer beidseitig korrekt fixierten Spiralfeder ausgelenkt wird und die Aus­ lenkung als Signal zur Lageerkennung erfaßt wird.

Bei der zugehörigen Meßeinrichtung ist ein Magnet am freien Ende einer an einem Tragkörper einseitig ein­ gespannten Blattfeder angeordnet, an der zwischen Magnet und Einspannstelle wenigstens ein Dehnungsmeß­ streifen angebracht ist.

Die Erfindung nutzt die Kraftwirkung eines Magneten auf ferromagnetische Teile aus. In einfacher Weise läßt sie sich zu einem preiswerten Prüfgerät dadurch realisieren, daß beispielsweise ein Samarium-Kobalt-Magnet auf einer Federblechzunge befestigt ist, welche Teil eines Prüf­ stabes ist. Der Prüfstab kann in die Queröffnungen des Schaltwerkes zwischen die Schalterplatten eingeführt werden. Nähert sich der im Prüfstab federnd angeordnete Magnet einer durch den dazugehörigen Noppen der Deck­ platte zentrierten, d.h. akurat stehenden Feder, so wird er durch die magnetischen Kräfte zur Feder hingezogen. Die Spiralfeder kann nicht ausweichen, da sie oben und unten fixiert ist. Die so entstehende Verbiegung des Federbleches wird über einen Dehnungsmeßstreifen in eine Widerstandsänderung umgewandelt und über einen nachfol­ genden Meßbrückenverstärker zu einem elektrischen Signal umgeformt, das als Prüfsignal im Rahmen der Qualitäts­ kontrolle auswertbar ist.

Vorteilhaft ist bei der Erfindung insbesondere die hohe Sensibilität des Meßverfahrens, wobei kein Umschließen der Spiralfeder erforderlich ist. Es genügt, wenn der Sensor im Abstand von ca. 1 mm tangential an der Spi­ ralfeder vorbeibewegt wird. Dadurch ist eine sichere Erfassung auch kleinster Spiralfedern möglich, nicht zentrierte Spiralfedern können somit sicher selektiert werden.

Da die Messung berührungslos und über kontaktloses Schalten erfolgt, ist das Meßverfahren automatisierungs­ freundlich und leicht in bestehende Montagevorrichtungen einbaubar.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Aus­ führungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen

Fig. 1 eine Veranschaulichung des Meßprinzips in schematischer Darstellung,

Fig. 2 und 3 zueinander senkrecht stehende Schnitte der zugehörigen Meßeinrichtung,

Fig. 4 eine zu einem Prüfstab komplettierte Meßein­ richtung zusammen mit einem zu prüfenden Schaltwerk.

In Fig. 1 ist eine ferromagnetische Spiralfeder 1 in Draufsicht dargestellt, wobei lediglich der Spiralum­ fang erkennbar ist. Eine solche Spiralfeder 1 wird durch mechanische Hilfsmittel, beispielsweise Aussparungen oder Ausnehmungen von Schalterplatten in einer lotrechten Lage gehalten.

Mit 2 ist ein Stiftmagnet bezeichnet, der am freien Ende eines biegefähigen Elementes, beispielsweise einer Blattfeder 3, angebracht ist. Die Blattfeder 3 ist mit dem anderen Ende in eine Wand 4 fest eingespannt, so daß die Feder 3 mit dem Magneten auslenkfähig ist. Auf den Flachseiten der Feder befinden sich ein Dehnungs­ meßstreifen 5 und gegebenenfalls ein weiterer Dehnungs­ meßstreifen 6. Bei gegenüberliegender Anordnung der Dehnungsmeßstreifen 5 und 6 wird der eine Dehnungsmeß­ streifen auf Dehnung und der andere Dehnungsmeßstreifen auf Stauchung beansprucht, so daß sich durch das zwei­ fache Signal insbesondere Temperaturdriften und andere Störeinflüsse kompensieren lassen.

In Fig. 1 ist die Normallage dieser Anordnung strich­ punktiert und die Lage bei Anwesenheit einer ferro­ magnetischen Spiralfeder durchgezogen eingezeichnet. Das Meßverfahren zur Lageerkennung bzw. -überprüfung der Spiralfeder 1 nutzt zwei Meßprinzipien in Kombination aus, nämlich

• - die magnetische Kraftwirkung und
• - die Biegespannungsmessung mit Dehnungsmeßstreifen.

Das Meßverfahren geht davon aus, daß ferromagnetische Teile aller Größen, dann wenn sie in die Nähe eines Magneten gebracht werden, dessen Kraftlinien bündeln, den Rückschluß verbessern und somit die Kraftwirkung verstärken.

Wird nun als Magnet beispielsweise ein Stiftmagnet mit den Abmessungen 4×2,5 mm aus Samarium-Kobalt oder ähnlichem Material an der Spiralfeder 1 im Abstand von weniger als 5 mm vorbeibewegt, so würde eine frei bewegliche Feder angezogen. Ist nun die Spiralfeder zwischen zwei Schalterplatten fest eingespannt, so kann die beim Vorbeibewegen des Magneten 2 auftretende Kraft dazu benutzt werden, daß die Blattfeder 3 ausgelenkt wird. Die den Magneten 2 tragende Blattfeder 3 wird kräftig durchgebogen, solange sich Spiralfeder 1 und Magnet 2 gegenüberstehen. Die Durchbiegung geht auf Null zurück, wenn die Polfläche des Magneten 2 um eini­ ge Millimeter zur Spiralfeder 1 versetzt steht.

Mit den auf der Blattfeder 3 angeordneten Dehnungsmeß­ streifen 5 bzw. 6 läßt sich die Durchbiegung der Blatt­ feder 3 in einfacher Weise abtasten und in ein elektri­ sches Signal verwandeln. Prinzipiell wären auch andere Sensoren für die Erfassung des Weges des Magneten 2 bzw. der Durchbiegung der Blattfeder 3 möglich.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Tragkörper 15 für eine Blattfeder 13 als Teil eines in Fig. 4 komplett darge­ stellten Prüfstabes 10 aus einem nichtmagnetisierbaren Material, beispielsweise Messing, gebildet und hat eine Anschlagseite 17. Frei beweglich im Tragkörper 15 ist ein Magnet 12 am Ende der Blattfeder 13 mit Dehnungsmeß­ streifen 14 angeordnet. Durch zwei rechtwinkelige Wände 16 und 18, von denen die Rückwand 16 als Einspannstelle für die Blattfeder 13 dienen kann, wird zusammen mit dem Tragkörper 15 ein abgeschlossenes Gehäuse gebildet.

Aus Fig. 3 ist im einzelnen erkennbar, wie diese Anord­ nung einem Schaltwerk aus unterer Schalterplatte 21 und oberer Schalterplatte 23 zugeordnet wird. In eine kammerartige Ausnehmung 22 der unteren Schaltplatte 21 ist die Spiralfeder 1 eingesetzt, welche mit ihrem oberen Ende von einem Noppen 24 der oberen Schalter­ platte fixiert wird. In dieser Position ist die ferro­ magnetische Spiralfeder 1 korrekt eingesetzt.

Die durch den Noppen 24 feststehende Feder 1 zieht den Magneten 12 an. Eine nicht eingehängte, beispielsweise schräg liegende Feder würde dagegen vom Magneten 12 an­ gezogen werden, ohne ihn merklich aus seiner Ruhelage zu bringen. Sie würde kein Signal erzeugen.

Für den bestimmungsmäßigen Gebrauch ist bei dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 von Vorteil, daß der Magnet 12 mit Blattfeder 13 und Dehnungsmeßstreifen 14 so gekapselt ist, daß keine Metallteile und andere Verunreinigungen Einfluß auf die Funktion nehmen können. Dazu dient das Gehäuse 15. Aufgrund des Gehäuses wird im Fall der Fig. 3 der Magnet 12 sich lediglich zum An­ schlag auf die Vorderseite 17 des Gehäuses bewegen. Ebenso würde eine lose Spiralfeder nicht zum Magneten 12 springen können, sondern sich an das Gehäuse 15 anlegen, wodurch der Magnet 12 ebenfalls angezogen würde. Trotz­ dem ergibt sich aber in beiden Fällen ein deutlich diskriminierbares Signal.

Eine Selektion von gut und schlecht sitzenden Spiral­ federn bei einer Anordnung gemäß Fig. 2 und Fig. 3 kann auf einfache Weise durch eine Gesamtanordnung gemäß Fig. 4 erreicht werden. Es ist der Prüfstab 10 mit Magnet 12 und Blattfeder 13 sowie Dehnungsmeßstreifen 14 angedeutet, der zum Einschieben in die Öffnung eines Schaltwerkes 20 mit unterer Schalterplatte 21 und oberer Schalterplatte 23 vorbereitet ist. Im Schaltwerk sind Positionen 201 bis 208 für die zu prüfenden Spiralfeder­ lagen angedeutet.

Eine korrekte Messung mit dem Prüfstab 10 ist nun in einfacher Weise dadurch gewährleistet, daß der Prüfstab 10 nach außen verlängert und daß dort im gleichen Rasterabstand der zu prüfenden Spiralfederlagen 201 bis 208 kleine Stiftmagnete 101 bis 108 angeordnet sind. Beim Einschieben des Prüfstabes in das Schaltwerk betätigen die Stiftmagnete 101 bis 108 beim Erreichen einer Prüflage einen Sensor, beispielsweise einen Hallgenerator 30. Auch andere Sensoren, beispielsweise berührungslose Näherungsschalter od.dgl. sind möglich.

Es ist somit eine Koinzidenzschaltung realisierbar, die jeweils in vorgegebener Tiefenposition des Prüfstabes 10 im Schaltwerk 20 das Auslenkungssignal eines Magneten abfragt. Eventuell mögliche Falschmeldungen des Sensors können damit ausgeblendet werden.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist es auch möglich, mehrere Blattfedern mit Magneten in vorgegebe­ benen Abstand in das Gehäuse eines Prüfstabes einzu­ bauen, so daß in diesem Fall die einzelnen Federlagen simultan abgefragt werden können. Der beschriebene Prüfstab kann in bekannte Montagevorrichtungen eingebaut werden und ist auch im Rahmen einer robotergerechten Fertigung verwendbar.

Claims (11)

1. Meßverfahren zur Lageerkennung bzw. -überwachung von wenigstens einer ferromagnetischen Spiralfeder, welche in korrekter Position mit ihren Enden in Ausnehmungen und Vorsprüngen eines Gehäuses aus Kunststoff oder dgl. in vorbestimmter Lage fixiert ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein gegen eine Rückstellkraft beweglich angeordneter Magnet in die Nähe der Spiralfeder gebracht wird, wobei der Magnet von einer beidseitig korrekt fixierten Spiralfeder ausgelenkt und die Auslenkung als Signal zur Lageerkennung erfaßt wird.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von Spiralfedern in Reihe hintereinander angeordnet sind , dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet an den Spiralfedern vorbeibewegt wird und bei jeder Federposition seine Auslenkung erfaßt wird.

3. Meßverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im Federab­ stand lateral fixierte Magnete zusammen in die Nähe der Spiralfedern gebracht werden und gleichzeitig die Aus­ lenkung jedes Magneten erfaßt wird.

4. Meßverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Auslenkung des bzw. der Magneten als elektrische Signale gewandelt und ausgewertet wird.

5. Meßeinrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnet (2, 12) am freien Ende einer an einen Tragkörper (4, 15) einseitig eingespannten Blattfeder (3, 13) angeordnet ist, an der zwischen Magnet (2, 12) und Ein­ spannstelle am Tragkörper (4, 15) wenigstens ein Dehnungsmeßstreifen (5, 6, 14) angebracht ist.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dehnungsmeß­ streifen (4, 6) auf gegenüberliegenden Seiten der Blattfeder (3) angeordnet sind, von denen einer auf Dehnung und der andere auf Stauchung beansprucht wird.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (2, 12) ein Stiftmagnet aus Samarium-Kobalt ist.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (13) mit endseitigem Magneten (12) und Dehnungsmeßstrei­ fen (14) in einem Gehäuse (15 bis 18) aus nichtmagne­ tisierbarem Material gekapselt ist, wodurch ein manuell oder von Automaten handhabbarer Prüfstab (10) gebildet ist.

9. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstab (10) rückseitig ein Raster (101 bis 108), mit der die Position (201 bis 208) der Spiralfedern (1) nach­ bildenden Markierungen zugeordnet ist, die über einen Lagesensor (30) eine Koinzidenzschaltung aktivieren.

10. Meßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen des Rasters durch Stiftmagnete (101 bis 108) gebildet sind, die als Sensor einen Hallgenerator (30) betätigen.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 5 und 8, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Prüfstab (10) eine Auswerteschaltung mit Meßbrückenver­ stärker für die Dehnungsmeßstreifen, Koinzidenzschaltung für die Lageerkennung und Zählschaltung zugeordnet ist.