DE3612338C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur Lage­ erkennung und -überwachung von ferromagnetischen Schrauben­ federn, welche in korrekter Position mit ihren Enden in Aus­ nehmungen und Vorsprüngen eines Gehäuses aus Kunststoff od. dgl. in vorbestimmter Lage fixiert sind, mit einem Prüfgehäuse aus nichtmagnetischem Material, in dem wenigstens ein gegen eine Rückstellkraft beweglich angeordneter Magnet gekapselt ist, der bei Vorliegen von ferromagnetischem Material außer­ halb des Prüfgehäuses ausgelenkt wird.

Vom Stand der Technik sind Detektoren für ferromagnetisches Material bekannt, die gegebenenfalls auch zur Detektierung von Schraubenfedern aus diesem Material eingesetzt werden könnten. In der DE-AS 23 31 662 wird beispielsweise eine Vorrichtung zur Ermittlung von speziell mit nicht ferromagnetischem Material ausgebesserten Schadensstellen, insbesondere an Autokarosse­ rien, beschrieben, bei dem in einem von Hand umschließbaren Gehäusekörper dessen hohler Innenraum einendig einen gegenläu­ fig lose geführten Permanentmagneten und in Reihe dahinter ein Anzeigegerät und eine Batterie aufnimmt. Weiterhin ist in der DE-OS 31 14 352 ein Sensor für den gleichen Zweck beschrieben, bei dem auf ein Piezokeramikplättchen ein ferromagnetischer Körper befestigt ist, der die bei magnetischer Wechselwirkung mit einem anderen ferromagnetischem Körper auftretenden Kräfte auf das Plättchen überträgt und dadurch an dessen Elektroden piezoelektrische Spannungen hervorruft, die als Signale für ferromagnetisches Material detektiert werden.

Derartige bekannte Geräte sind zum Detektieren von ferromagne­ tischem Material geeignet; es sind jedoch keine Präzisions­ meßeinrichtungen mit denen auch die Lageveränderung von ein­ zelnen Teilen aus ferromagnetischem Material, beispielsweise von positionierten Schraubenfedern, erkennbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßeinrichtung zu schaffen, mit der in einfacher Weise die Lage von beidseitig eingespannten Schraubenfedern erkannt bzw. überwacht werden kann. Eine derartige Meßeinrichtung soll automatisierungsfreundlich und in eine Montagevorrichtung einbaubar sein.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Lageerkennung der Schraubenfedern das Prüfgehäuse einen manuell oder von Automaten handhabbaren Prüfstab bildet, der einzelnen Schraubenfedern positionsgenau zuordenbar ist, daß in Längs­ richtung des Prüfstabes wenigstens eine Blattfeder einseitig eingespannt ist, die am freien Ende den Magnet und zwischen Magnet und Einspannstelle wenigstens einen Dehnungsmeßstrei­ fen zur Wandlung der Auslenkung in ein elektrisches Signal trägt, und daß dem Prüfstab rückseitig ein Raster mit die vor­ gegebenen Positionen der Schraubenfedern nachbildenden Markie­ rungen zugeordnet ist, die über einen Lagesensor eine Koinzi­ denzschaltung aktivieren, welche von dem Auslenkungssignal des wenigstens einen Dehnungsmeßstreifens beaufschlagt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich sowohl mit einem einzigen Magneten realisieren, der bei Bewegung des Prüfsta­ bes an mehreren Schraubenfedern vorbei den einzelnen Mar­ kierungen nacheinander zuordenbar ist. Es ist auch möglich, daß mehrere im Schraubenfederabstand lateral fixierte Magnete jeweils den entsprechenden Markierungen zugeordnet sind.

Die Erfindung nutzt in bekannter Weise die Kraftwirkung eines Magneten auf ferromagnetische Teile aus. In einfacher Weise ist ein preiswertes Präzisionsmeßgerät dadurch geschaffen, daß beispielsweise ein Samarium-Kobalt-Magnet auf einer Feder­ blechzunge befestigt ist, welche Teil des Prüfstabes ist, und an der Federblechzunge Dehnungsmeßstreifen angebracht sind. Letzteres ist zwar für sich gesehen beispielsweise aus der Zeitschrift "messen+prüfen/automatik", Jan./Febr. 1976, S. 34, Bild 4, zur Weg- oder Winkelmessung bekannt. Im Rahmen der Erfindung geht es aber darum, die Auslenkung der Feder­ zunge als Signal für die Lage einer endseitig fixierten Schrau­ benfeder zu erfassen.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Prüfstab kann beispielsweise in die Queröffnungen eines Schaltwerkes zwischen die Schalter­ platten eingeführt werden. Nähert sich der im Prüfstab federnd angeordnete Magnet einer durch den dazugehörigen Noppen der Deck­ platte zentrierten, d.h. akkurat stehenden Feder, so wird er durch die magnetischen Kräfte zur Feder hingezogen. Die Schraubenfeder 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 Schraubenfeder erforderlich ist. Es genügt, wenn der Sensor im Abstand von ca. 1 mm tangential an der Schraubenfeder vorbeibewegt wird. Dadurch ist eine sichere Erfassung auch kleinster Schraubenfedern möglich, nicht zentrierte Schraubenfedern 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 zeigt

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 Schraubenfeder 1 in Draufsicht dargestellt, wobei lediglich der Spiralum­ fang erkennbar ist. Eine solche Schraubenfeder 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 Schraubenfeder durchgezogen eingezeichnet. Die Meßeinrichtung zur Lageerkennung bzw. -überprüfung der Schraubenfeder 1 nutzt zwei Meßprinzipien in Kombination aus, nämlich

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

Man 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 Schraubenfeder 1 im Abstand von weniger als 5 mm vorbeibewegt, so würde eine frei bewegliche Feder angezogen. Ist nun die Schraubenfeder 1 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 Schraubenfeder 1 und Magnet 2 gegenüberstehen. Die Durchbiegung geht auf Null zurück, wenn die Polfläche des Magneten 2 um eini­ ge Millimeter zur Schraubenfeder 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.

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 Schalterplatte 21 ist die Schraubenfeder 1 eingesetzt, welche mit ihrem oberen Ende von einem Noppen 24 der oberen Schalter­ platte fixiert wird. In dieser Position ist die ferro­ magnetische Schraubenfeder 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 bestimmungsgemäßen 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 Schraubenfeder 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 Schrauben­ 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 Schraubenfeder­ 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 Schraubenfederlagen 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 benem Abstand in das Gehäuse eines Prüfstabes einzu­ bauen, so daß in diesem Fall die einzelnen Schraubenfederlagen simultan abgefragt werden können. Der beschriebene Prüfstab kann in bekannte Montagevorrichtungen eingebaut werden und ist auch im Rahmen einer robotergerechten Fertigung verwendbar.

Claims (7)

1. Meßeinrichtung zur Lageerkennung und -überwachung von ferro­ magnetischen Schraubenfedern, welche in korrekter Position mit ihren Enden in Ausnehmungen und Vorsprüngen eines Gehäuses aus Kunststoff od. dgl. in vorbestimmter Lage fixiert sind, mit einem Prüfgehäuse aus nichtmagnetischem Material, in dem wenig­ stens ein gegen eine Rückstellkraft beweglich angeordneter Ma­ gnet gekapselt ist, der bei Vorliegen von ferromagnetischem Ma­ terial außerhalb des Prüfgehäuses auslenkbar ist, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Lageerkennung der Schraubenfedern (1) das Prüfgehäuse (15 bis 18) einen manuell oder von Automaten handhabbaren Prüfstab (10) bildet, der einzelnen Schraubenfedern (1) positionsgenau zuordenbar ist, daß in Längsrichtung des Prüfstabs (10) wenigstens eine Blattfeder (3, 13) einseitig eingespannt ist, die am freien Ende den Magnet (2, 12) und zwischen Magnet (2, 12) und Ein­ spannstelle (4) wenigstens einen Dehnungsmeßstreifen (5, 6, 14) zur Wandlung der Auslenkung in ein elektrisches Signal trägt, und daß dem Prüfstab (10) rückseitig ein Raster (101 bis 108) mit die vorgegebenen Positionen (201 bis 208) der Schrauben­ federn (1) nachbildenden Markierungen (101 bis 108) zugeordnet ist, die über einen Lagesensor (30) eine Koinzidenzschaltung aktivieren, welche von dem Auslenkungssignal des wenigstens einen Dehnungsmeßstreifens (5, 6, 14) beaufschlagt wird.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein einziger Magnet (12) bei Bewegung an den Schraubenfedern (1) vorbei den einzelnen Mar­ kierungen (101 bis 108) des Prüfstabes (10) nacheinander zu­ ordenbar ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere im Schraubenfederabstand lateral im Prüfstab (10) angeordnete Magnete den einzelnen Markierungen (101 bis 108) zugeordnet sind.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Blattfedern (3, 13) zwei Dehnungsmeßstreifen (4, 6) auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, von denen einer auf Dehnung und der andere auf Stauchung beansprucht wird.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Magnete (2, 12) Stift­ magnete aus Samarium-Kobalt sind.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Markierungen des Rasters durch Stiftmagnete (101 bis 108) gebildet sind, die als Sen­ sor einen Hallgenerator (30) betätigen.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Prüfstab (10) eine Auswerte­ schaltung mit Meßbrückenverstärker für die Dehnungsmeßstrei­ fen, Koinzidenzschaltung für die Lageerkennung und Zählein­ richtung zugeordnet ist.