DE19623436A1 - Meßverfahren zur Darstellung von Änderungen in einem magnetischen Kreis - Google Patents

Description

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß zur Ermittlung der Anzugspannung bei Relais (34/35) die Spannung an der Spule (34) von 0 Volt bis zur Nennspannung entweder von Hand oder über einen Generator hochgefahren wird. Zur Ermittlung der Abfallspannung wird die Spannung an der Spule (34) von der Nennspannung wieder auf 0 Volt herunter gefahren. Dieses erfolgt entweder manuell oder mit Hilfe eines Generators. Die Auswirkung der Änderung der Spannung die an der Spule (34) ansteht wird visuell erfaßt oder mit Hilfe eines Detektors angezeigt. Der Detektor zeigt an, daß sich z. B. ein Relaiskontakt (35) öffnet oder schließt. Die Anzeige erfolgt durch ein optisches und/oder akustisches Signal. Bei dieser Art der Auswertung ist nur eine sehr vage Aussage über den Zustand des magnetischen Kreises (34/35) möglich. Es ist praktisch unmöglich festzustellen, ob ein sicherer Magnetschluß zwischen Kern und Anker vorliegt. Des weiteren ist es nicht möglich weitere Aussagen über die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Relais (34/35) zu geben. Zu diesen Aussagen gehören u. a., das Erkennen von: Auswirkungen von Änderungen an einer Rückholfeder (Resetfeder), Schwingverhalten der Kontaktfeder, mechanisch instabilen Zuständen (z. B. im Scharnier, und/oder des Nietvorganges), Stärke der Verkupferung, Veränderungen im Fertigungsablauf.

Das erfindungsgemäße Meßsystem

Exemplarisch für die Untersuchungen an den unterschiedlichsten magnetischen Kreisen (34/35) wird im Folgenden beschrieben wie sich ein elektromechanisches Relais verhält (34/35), das mit dem erfindungsgemäßen Meßsystem durchgemessen wird. Es werden Vereinfachungen vorgenommen um den Rahmen der Beschreibung nicht zu sprengen.

Es wird beschrieben, wie das erfindungsgemäße Meßsystem Veränderungen in einem magnetischen Kreis (34/35) verarbeitet und auf einem Schirm (48) darstellt. Dieses wird anhand eines Relais (34/35) aufgezeigt.

Es gibt 2 grundsätzlich unterschiedliche Arten der Veränderungen im magnetischen Kreis (34/35):
1. Die Veränderung im magnetischen Kreis (34/35) erfolgt durch Veränderung der Spannung welche an die Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) angelegt wird.
2. Bei konstanten Bedingungen an der Spule (34) ergibt sich eine Rückwirkung von der Mechanik (35) auf den Widerstand der Spule (34) wenn sich die Mechanik (35) ändert.
Zu 1. Die Spule (34) wird bei dem erfindungsgemäßen Meßsystem mit einem sich langsam ändernden Strom erregt. Dieser Strom erzeugt am Widerstand der Spule (34) eine Spannung. Die Änderung des Stromes ist langsam gegenüber den mechanischen Bewegungen im mechanischen Teil (35) des magnetischen Kreises (34/35).
zu 2. Bei einem konstanten Strom in der Spule (34) zeigen sich Veränderungen im mechanischen Teiles (35) des magnetischen Kreise (34/35) durch die Veränderung des Widerstandes der Spule (34). Die Veränderung des Spulenwiderstandes (34) zieht eine Änderung der Spannung an der Spule (34) nach sich, da der Strom in der Spule (34) konstant ist. Eine auftretende generatorische Spannung wird der Spannung an der Spule (34) überlagert.

Der Widerstand der Spule (34) setzt sich im ersten Ansatz aus zwei Größen zusammen:
1. dem ohmschen Widerstand
2. dem induktiven Widerstand
zu 1. Der ohmsche Widerstand der Spule (34) Ist in der ersten Näherung (bei konstanten Umgebungsverhältnissen) gleichbleibend.
Zu 2. Der induktive Widerstand der Spule (34), ändert sich in dem Augenblick, in dem eine Bewegung im mechanischen Teil (35) erfolgt.

Die mechanische Bewegung entsteht, wenn die Spannung an der Spule (34) ansteigt. Der Anker setzt sich in Bewegung, der magnetische Kreis (34/35) ändert sich und damit auch der komplexe Anteil des Widerstandes der Spule (34). Diese Widerstandsänderung zieht eine Änderung der Spannung an der Spule (34) nach sich und ist als ein dynamischer Vorgang auf dem Schirm (48) sichtbar.

Eine Unterbrechung in der kontinuierlichen Fortbewegung des Ankers (35) ist zum Beispiel gegeben wenn der Mittenkontakt den Arbeitskontakt berührt, oder der Anker im Scharnier zeitweilig gehemmt wird. Dieses ist auf dem Schirm (48) sichtbar.

Der Magnetschluß zwischen Kern und Anker beendet normalerweise die Veränderung im magnetischen Kreis (34/35) und schließt den mechanischen Bewegungsablauf ab. Auf dem Schirm (48) können folgende Werte klar erkannt werden: Anzugspannung (Spannung bei dem z. B. ein Vorlaufkontakt schließt), Durchzugspannung (Spannung bei dem der Magnetschluß zwischen Kern und Anker erreicht wird); Abfallspannung (Spannung bei dem der Anker die magnetische Verbindung zum Kern verliert) und/oder ein bisher geschlossener Relaiskontakt (35) sich als Folge des Loslassens der Verbindung Anker und Kern öffnet. Aus den Kurvenverläufen werden Rückschlüsse gewonnen, auf das Prellverhalten des Relais (35) und die Eigenschaften der mechanischen Komponenten. Üblicherweise wird die Spannung an der Spule (34) von 0 Volt bis zum Nennwert (Unenn) in einigen Sekunden hochgefahren. Nach Erreichen von Unenn wird die Spannung auf 0 V zurück gefahren.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßsystem ist es möglich die Auswirkung von mechanischen Veränderungen bei den verwendeten Bauteilen (34/35) zu erkennen. Veränderungen im Fertigungsablauf (Einstellungen von Fertigungseinrichtungen) werden ebenfalls erkannt.

Zusammenfassung: Die Qualität eines magnetischen Kreises (34/35) wird in sehr kurzer Zeit bestimmt und die Auswirkungen von Veränderungen an Bauteilen (34/35) und Prozeßparametern ist sofort sichtbar.

Bei einem fertiggestellten magnetischen Kreis (34/35) - zum Beispiel einer fertig gekapselten Einheit - können die verschiedenen mechanischen und elektrischen Parameter noch erkannt werden.

Der entscheidende Teil des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ist die Verwendung einer aus einer Regelabweichung heraus gesteuerten Stromquelle. Die Regelabweichung ergibt sich aus dem vorgegebenen Sollwerten für die Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) und dem tatsächlichen Istwert an der Spule (34). Die Sollwerte werden durch die Einstellung der Parameter (u. a. Zeit, Amplitude) auf der Frontplatte der Vorrichtung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens eingestellt, oder über die externe Steuerung vorgegeben.

Mit diesem erfindungsgemäßen Meßsystem werden magnetische Kreise (34/35) geprüft, die aus wenigstens zwei Hauptteilen bestehen:
1. Einer Spule (34)
2. Einem mechanischen Teil (35)
Zu 1: Die Spule (34) wird elektrisch erregt. Mit dem sich aufbauenden Magnetfeld wird die angekoppelte Mechanik (35) angetrieben.
Zu 2: Der mechanische Teil (35) verrichtet eine Arbeit. Dieses ist z. B. das Betätigen eines Kontaktes oder einer Achse. Die Achse löst wiederum ihrerseits einen weiteren mechanischen Vorgang aus.

Bei einer Ansteuerung zu Beispiel eines Magnetventils (34/35) mit einem Rechtecksignal kann auch im Spulenstrom festgestellt werden, wann und wie hoch der mechanische Widerstand ist, den das Magnetventil während der Betätigung überwindet. Die Verringerung der Reibung (z. B. durch Öl) ist direkt erkennbar. Der Verlauf Kraft/Weg wird auf dem Schirm (48) dargestellt.

Magnete (34/35) betätigen über einen Stößel die externe mechanische Last (35). Wie beim Verfahren der Relaismessung kann hier auch festgestellt werden, bei welcher Spannung der Magnetschluß erreicht wird. Der Kraft/Weg-Verlauf wird auch hier auf dem Schirm (48) dargestellt.

Die Ansteuerung der Spule (34) kann sowohl durch einen kontinuierlichen Spannungsanstieg, als auch über ein Rechtecksignal erfolgen. Die unterschiedlichen Spannungsverläufe ergeben unterschiedliche Aussagen. Bei Ansteuerung mit einem Rechtecksignal werden primär Zeitabhängigkeiten erkannt. Bei langsam sich ändernden Spannungen werden die mechanischen Übergangsverhalten der einzelnen Komponenten erkannt. Die Spannung an der Spule (34) kann erzeugtwerden durch: 1. Einen Meßstrom der am Widerstand der Spule (34) eine Spannung erzeugt oder 2. Durch eine Spannung die aus einer niederohmigen Quelle stammt. Bei dieser Art der Versorgung tritt durch den geringen Innenwiderstand der Versorgungseinheit eine Bedämpfung des magnetischem Kreis (34/35) auf. Die Aussage der Meßergebnisse unterscheidet sich von der Aussage die man erhält wenn, die Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) aus einer Stromquelle (40) versorgt wird.

In allen Fällen gilt: Bei irgendeiner Veränderung im mechanischen Teil (35) des magnetischem Kreis (34/35) gibt es eine Rückwirkung auf die Spule (34). Diese Rückwirkung zeigt sich als Veränderung des Widerstandes der Spule (34). Eine zusätzlich auftretende generatorische Spannung addiert sich zur Spannung an der Spule (34). Die Summe dieser Veränderungen wird angezeigt. Es werden die Rückwirkungen des mechanischen Teils (35) auf die Spule (34) meßtechnisch erfaßt. Umgekehrt wird auch erfaßt, wie sich eine Änderung an der Spule (34) - und damit der Erregerleistung - auf das mechanische Teil (35) auswirkt.

Funktion

Der typische magnetische Kreis (34/35) besteht aus der Spule, dem Kontakt (35) und einer mechanischen Kopplung zwischen Spule (34) und Kontakt (35). Die Spule (34) erzeugt ein magnetisches Feld. Dieses Feld wird durch Joch und Anker geleitet. Der Anker ändert seine Position in Abhängigkeit der Erregung der Spule (34). Der Anker wiederum betätigt über eine Vorrichtung den Kontakt (35). Die Auswirkung der Erregung ist die Betätigung des Kontaktes (35). Mit dem erfindungsgemäßen Meßsystem wird die Auswirkung und Rückwirkung der einzelnen Komponenten - und der Änderung an den Komponenten - meßtechnisch erfaßt und auf dem Schirm (48) dargestellt.

Ein erfindungsgemäßes Meßverfahren wurde aufgebaut um die Betriebszustände, welche sich bei Relais (34/35) mit einer maximalen Spulenspannung von 24 V einstellen, meßtechnisch darzustellen. Das erfindungsgemäße Meßverfahren kann an die unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen magnetischen Kreise (34/35) angepaßt werden.

Frontplatte (Zeichnung 1)

Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört u. a. eine Frontplatte. Unter Zuhilfenahme der Bedienelemente - welche in der Frontplatte eingebaut sind - werden die Meßmöglichkeiten einer (von vielen ausführbaren) Vorrichtung erklärt die das erfindungsgemäße Meßverfahrens ermöglichen.

Wahl der Betriebsart

Mit dem Schalter (13) werden die Betriebsarten der Vorrichtung vorgewählt. In der Stufe 1 ist die Vorrichtung ausgeschaltet. In der Stufe 2 wird eine Dreieckspannung an die Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) angeschlossen. In der Stufe 3 wird die Spannung an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) durch das Potentiometer (5) von Hand eingestellt. In der Stufe 4 wird eine Rechteckspannung an die Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) angeschlossen. In der Stufe (5) wird die Vorrichtung extern durch eine externe Steuerung angesteuert. Hierbei können die Betriebsarten entsprechend der Stufen 2, 3 und 4 angesteuert werden. Die Einstellung für die Versorgung der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) (1, 2, 3, 4, 5) bleiben hierbei erhalten.

Die Leuchtdioden (6, 7, 8, 9, 10) signalisieren den vorgewählten Betriebszustand der Vorrichtung.

Ansteuerung der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35)

Mit dem Schalter (1) und dem Potentiometer (2) wird die Frequenz des Zeitgliedes - in diesem praktischen Anwendungsfall, eines Integrators -, eingestellt. Das in dieser Stufe erzeugte Signal ist proportional zum Signal, welches über die Stromquelle (40) der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) zugeführt wird. Mit dem Potentiometer (5) wird die maximale Spannungsamplitude der Integratorspannung eingestellt. Der Ausgang des Integrators steuert eine Stromquelle (40). Diese Stromquelle speist die Spule (34) des magnetischen Kreises. Mit dem Potentiometer (5) wird beim Betrieb "Hand" (Schalter 13) die Spannung an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) eingestellt. Die Stromquelle (40) zur Ansteuerung der Spule (34) ist so ausgelegt, daß der aus einer Regelabweichung heraus gewonnene Wert in einen proportionalen Steuerstrom umgesetzt wird. Die Regelabweichung ergibt sich aus dem vorgegebenem Sollwert an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) und dem tatsächlichen istwert an der Spule (34). Mit dem Schalter (4) wird die Bedämpfung der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) eingestellt. Es sind folgende Bedämpfungen einstellbar:
1. Zener-Diode nach Plus. 2. Diode nach Plus. 3. Anschluß von außen zum Anklemmen einer frei wählbaren Bedämpfung (b.w. keine Bedämpfung) 4. Zener-Diode nach Minus. 5. Diode nach Minus 6. Ohmscher Widerstand nach Minus. Der ohmsche Widerstand ist in diesem Fall das Potentiometer (3).

Belastung des Kontaktes des magnetischen Kreises (34/35)

Die Spannung am Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) wird mit dem Potentiometer (19) eingestellt. Der Strom wird mit der Widerstandsdekade (20) vorgewählt. Die Leuchtdioden (14, 15, 16, 17, 18) zeigen an, welcher Belastungswiderstand eingestellt wurde.

Auswertung der logischen Zustände am Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35)

Mit dem Potentiometer (26) wird eine Vorspannung erzeugt. Diese Spannung wird mit der Spannung am Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) mit Hilfe von Komparatoren verglichen. In Abhängigkeit der Komparatorausgänge werden logische Signale erzeugt. Diese Signale werden mehrfach ausgewertet. (U.a. Signal auf dem Schirm (48), Zeltmessungen).

Triggerquelle

Auf einem Schirm (48) werden die verschiedenen Zustände an der Spule (34) und am Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) dargestellt. Dieses erfolgt in Abhängigkeit der Zeit. Die Meßquelle für die externe Triggerung des Schirmes (48) wird über den Schalter (29) ausgewählt. Auf einem Strahl kann in der Y-Richtung dargestellt werden:
Die Spannung an der Spule (34) und der Zustand der Kontakte des magnetischen Kreises. Durch Auswahl der unterschiedlichen Meßeingänge - welche die Vorrichtung zur Verfügung stellt - können die Spannungsabfälle am Kontakt (35) ausgewertet werden. Hierdurch kann zum Beispiel ein Vorlaufkontakt von einem Hauptkontakt unterschieden werden. Die Umschaltschwelle der unterschiedlichen Übergangswiderstände am Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) werden mit dem Potentiometer (26) eingestellt. Die Spannung an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) kann direkt auf einem anderen Strahl des Schirmes (48) angezeigt werden.

Das Triggersignal (46) wird unabhängig vom Ereignis so geformt, daß es immer ein gleichbleibendes Signal an den Eingang "externe Triggerung" des Schirmes (48) gibt. Damit ist es möglich die externe Triggerung des Schirmes (48) immer mit der selben Einstellung zu betreiben.

Beschreibung der einzelnen Baugruppen. (Zeichnung 2 Blockschaltbild) Lastkreis mit Stromversorgung und ohmscher Last (37)

In dieser Funktionsgruppe werden die notwendigen Spannungen zur Versorgung der Vorrichtung und des magnetischen Kreises (34/35) gewonnen.

Die Spannungen für die Vorrichtung (+24/+15/+12V/-15 V) werden in bekannter Weise über Längsregler erzeugt.

Für die Spannungsversorgung des Lastkreises des magnetischen Kreises (34/35) stehen vorzugsweise aus wenigstens zwei Sekundärwicklungen des Netztrafos jeweils Ströme in der Größenordnung von 5-10 A zur Verfügung. Bei Spannungen am Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) unter 15 V werden die Energiequellen parallel geschaltet. Bei Spannungen über diesem Wert werden diese in Reihe geschaltet. Zwischen den Ein- und Ausschaltwerten liegt eine Hysterese.

Über einen Längsregler wird die unstabile Spannung auf das Niveau gebracht, welches mit dem Potentiometer (19) eingestellt wird. Diese geregelte Spannung gelangt über ohmsche Widerstände (einstellbar mit Schalter 20) auf den Relaiskontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35). Die Endstufe besteht vorzugsweise aus mehreren parallel geschalteten, einzelnen Endstufen. Die Endstufen werden vorzugsweise über Widerstände im Emitter der Leistungstransistoren symmetriert.

Der Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) wird mit einem ohmschen Widerstand - einstellbar mit dem Schalter (20) belastet. Der Widerstandswert ist bei der hier beschriebenen und aufgebauten erfindungsgemäßen Vorrichtung einstellbar zwischen (1,5) 6, 15, 150, 1,5 K Ohm. Der Widerstand liegt in Reihe mit dem Kontakt (35). Die Spannung, mit welcher der Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35)( bei geöffnetem Kontakt (35)) belastet wird, ist zwischen 2 und 25 Volt einstellbar (19). Im Bereich über 15 Volt ist der kleinste Lastwiderstand 6 Ohm, darunter 1,5 Ohm.

Der Strom im Lastkreis fließt über einen Shunt. Die Spannung an diesem Shunt ist ein Maß für den Strom, der im Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) fließt. Um diesen Strom problemlos messen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Bezugspunkt für diese Meßgröße der Null-Volt-Pegel ist. Dieses wird mit einer Additionsschaltung realisiert. Bei der praktisch ausgeführten Vorrichtung wurden Verstärker verwendet. Die Realisierung ist auch mit anderen Bauteilen möglich. Dieser Teil der Vorrichtung wird nicht gezeichnet.

Mit Verstärkern wird der Istwert der Spannung - mit welcher der Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) bei einem geöffneten Kontakt (35) belastet wird - mit dem Soliwert dieser Spannung verglichen. Der Soliwert wird mit dem Potentiometer 19 eingestellt. Aus der Regelabweichung wird die Ansteuerung der Endstufen gewonnen. Beim Überschreiten einer Temperatur am Kühlkörper der Endstufe, wird durch ein temperaturabhängiges Bauelement der Ansteuerstrom der Endstufen so geändert, daß die Endstufen mit zunehmender Temperatur am Kühlkörper weniger - oder gar nicht - angesteuert werden.

Änderung des Lastwiderstandes (37)

Mit dem Schalter (20) werden Relais angesteuert. Die Kontakte dieser Relais schalten ohmschen Widerstände. Mit den Widerständen wird der Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34/35) belastet. Die Leuchtdioden (14 - 18) zeigen an, welcher Widerstand eingestellt ist.

Stromquelle (40) zur Ansteuerung der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35)

Die Form des Sollwertsignals zur Ansteuerung der Spule (34) wird mit dem Schalter (13) vorgewählt. Dieser Sollwert wird mit dem Istwert an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) verglichen. Aus der Regelabweichung zwischen Soll- und Istwert wird eine Information gewonnen. Diese Information beeinflußt eine Stromquelle (40) so, daß bei steigender Spannung an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) der Strom zurück genommen wird. Bei fallender Spannung an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) steigt der Strom. Die Spule (34) wird über eine Stromquelle (40) angesteuert. Da die Zeitkonstante des Regelkreises groß ist, gegenüber der Zeit in der eine mechanische Änderung im magnetischen Kreis (34/35) auftritt, ist im Augenblick der mechanischen Änderung der Strom in der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) praktisch konstant. Die mechanische Änderung im magnetischen Kreis (34/35) wird auf dem Schirm (48) als Spannungsänderung an der Spule (34) dargestellt. Änderungen des komplexen Widerstandes der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) ziehen eine Änderung der Spannung an der Spule (34) nach sich. Änderungen des komplexen Widerstandes führen also bei konstantem Meßstrom zu unterschiedlichen Spannungen an der Spule (34). Eine generatorische Spannung addiert sich zu der sich einstellenden Spannung an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35).

Die maximale Spannung an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) ist mit Poti (5) einstellbar von 2-25 V bei einem max. Strom von 0,5 A bei 25 V. Die Anstiegs- und Abfallzeit der Spannung von einem Extrem Wert (z. B. U min.) zum anderen Extrem wert (z. B. U max.) ist im Bereich kleiner 0,1 sec und größer 20 sec mit Hilfe der Elemente (1) und (2) einstellbar. Der Widerstand der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) beeinflußt die Zeit. Die Vorrichtung die nach der erfindungsgemäßen Anforderung erstellt wurde, ist in der Lage diese Werte zu erzeugen. Die Werte können an die jeweilige Aufgabenstellung angepaßt werden.

Die Bedämpfung der Spule (34) wird durch einen Wahlschalter (4) vorgewählt. Möglich sind: Löschdiode nach Plus oder Minus, Zener Diode nach Plus oder Minus, einstellbarer ohmscher Widerstand direkt über der Spule, externe Bedämpfung (bzw. gar keine).

Die Verzögerungszeit wird in diesem Fall mit einem Integrator realisiert. Dieses ist eine Standardschaltung. Sie kann durch andere Zeitschaltungen ersetzt werden.

Die Stromquelle hat einen hohen Innenwiderstand.

Spikeserkennung (44)

Spikes entstehen u. a. bei folgenden Vorgängen:
Erreichen des Arbeitskontaktes (35) bei steigender Spannung an der Spule, beim Magnetschluß wenn Kern und Anker sich verbinden, beim Verlieren des Magnetschlusses zwischen Kern und Anker, wenn der Kontakt (35) zwischen Arbeiter- und Mittenkontakt sich öffnet.

Weitere Spikes werden erzeugt, z. B. durch Unregelmäßigkeiten im mechanischen Ablauf der beweglichen Relaisteile (35) (z. B. verhindert ein Scharnier die fortlaufende mechanische Bewegung, weil im Scharnier ein Grat vorhanden ist).

Die Spannung an der Spule (34) wird als gleitender Istwert erkannt. Dieser Wert ist mit einer Zeitkonstante in der Größenordnung von 0,2 sec. behaftet. Wenn der gleitende Istwert einen bestimmten einstellbaren Wert vom tatsächlichen Istwert abweicht, wird das Signal "Spikes" erzeugt. Bei zunehmender Spannung an der Spule (34) des Prüflings (Spannung von 0 V steigend auf Unenn) wird eine positive Abweichung des istwertes vom gleitenden Istwert ausgewertet. Wenn die Spannung von Unenn auf 0 V fällt, wird ein Unterschreiten des gleitenden Istwertes vom tatsächlichen Istwert angezeigt. Beim Erreichen der Umkehrpunkte zwischen steigender und fallender Spannung, wird jeweils das Vorzeichen für die Auswertung zwischen gleitendem und tatsächlichem Istwert umgeschaltet. Die Erzeugung der notwendigen Vorspannung wird im Integrator gewonnen. Das logische Signal ist so ausgelegt, daß die zeitliche Länge proportional zur diskontinuierlichen Änderung im magnetischen Kreise (34/35) ist. Die Ansprechschwelle zur Erkennung einer diskontinuierlichen Änderung kann auf den Anwendungsfall angepaßt werden.

Zeitglied

Als Zeitglied wird in diesem praktischen Fall ein Integrator verwendet. Es sind auch andere Zeitschaltungen einsetzbar. Der Integrator arbeitet in bekannter Weise mit Verstärker. Zusätzlich zu den bekannten Funktionen wird abhängig vom Schaltzustand des Integrators die Vorspannung erzeugt, die benötigt wird, um die Spikeserkennung (44) zu beeinflussen. Mit dem Poti (2) und dem Schalter (1) wird die Frequenz eingestellt.

U Poti

In der Betriebsart "Hand" - einstellbar durch Schalter (13) - wird in Abhängigkeit der Einstellung des Potentiometers (5) und der Spannung an der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) eine Regelspannung erzeugt. Diese Regelspannung wirkt auf die Stromquelle (40), welche die Spule (34) des Prüflings ansteuert. Bei steigender Spannung an der Spule (34) wird der Steuerstrom an der Stromquelle (40) zurück geregelt. Bei fallender Spannung an der Spule (34) wird der Steuerstrom an der Stromquelle (40) hoch geregelt. Mit dem Potentiometer (5) wird die Spannung an der Spule (34) dadurch beeinflußt, daß sich der Strom ändert, der durch die Spule (34) fließt.

Ansteuerung des Schirmes (48) und Kontaktauswertung (38)

Die Grundüberlegung für dieses erfindungsgemäße Meßverfahren ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist auf einem Schirm (48) darzustellen, wie sich Veränderungen im mechanischen Bewegungsablauf eines magnetischem Kreis (34/35) - der durch eine Spule (34) angetrieben wird - auswirken.

Üblicherweise werden auf den bekannten Meßeinrichtungen die verschiedenen Signale auf verschiedenen Meßkanälen dargestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Meßsystem werden mehrere einzelne Signale addiert. Die Spannung an der Spule (34) wird als lineare Größe hinzu gezählt. Mit dieser Art der Anzeige ist es möglich, auf einem Strahl alle notwendigen Informationen darzustellen. Die zeitliche Relation zwischen den einzelnen Ereignissen ist klar erkennbar. Die einzelnen Ereignisse steuern unterschiedlich bewertete Stromquellen an. Alle Quellen geben ihren Strom auf einen gemeinsamen Arbeitswiderstand. Die Spannung an diesem Arbeitswiderstand wird dem Schirm (48) als Meßgröße zur Verfügung gestellt. Die absolute Höhe der Spannung ist bei der praktisch ausgeführten Vorrichtung abhängig von der Einstellung des Potentiometers (5). Hierdurch ist es zusätzlich möglich die absolute Höhe der Spannung an der Spule (34) zu bewerten. Der untere Punkt des Arbeitswiderstandes liegt in der Mitte von 2 Widerständen, die als Spannungsteiler geschaltet werden. Dieser Spannungsteiler liegt auf der einen Seite auf dem Masse-Potential und wird auf der anderen Seite von der Spannung beeinflußt, die an der Spule (34) des Prüflings anliegt. Eine weitere Auswertlogik kann so angesteuert werden, daß bei bestimmten Signalzuständen (z. B. U-Spule (34) = 0 Volt und Arbeitskontakt nicht geschlossen) die Spannung Unenn anliegt.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren stellt folgende Hauptmeßsignale zur Verfügung:

• a. Spannungsverlauf an der Spule (34).
• b. Stromverlauf in der Spule (34). Dargestellt als Spannung mit dem Nullpotential als Bezugsgröße.
• c. Spannungsverlauf am Kontakt (35). Hierbei wird die Spannung bei offenem Kontakt (35) auf einen Wert von ca. 0,1 Volt geklemmt. Diese geklemmte Spannung wird dem Schirm (48) als Meßgröße zur Verfügung gestellt. Durch diese Maßnahme wird das Meßsignal sauber auf dem Schirm (48) dargestellt.
• d. Spikeserkennung (44):
  Bei einer Abweichung der Spannung an der Spule (34) vom gleitenden Mittelwert der Spulenspannung wird ein Rechtecksignal abgegeben.
• e. Kontaktauswertung:
  Folgende Signale werden miteinander verknüpft und auf einem Strahl dargestellt:
  I: Spannung an der Spule
  II. Zustand an den Relaiskontakten (35).

Bei dieser Betriebsart wird die Spule (34) vorzugsweise mit einem Rechteck angesteuert.

Die Mechanik folgt der Erregung mit einer Sprungfunktion. Besonders das Abfallverhalten eines magnetischen Kreises (34/35) Istin der ersten Näherung abhängig von der Geometrie des magnetischen Kreises. Damit kann aus dem Abfallverhalten auf mechanische Abmessungen innerhalb des magnetischen Kreises (34/35) geschlossen werden.

Trigger (46)

Die Veränderungen in einem magnetischen Kreises (34/35) laufen typischerweise in einem Bereich zwischen einigen 10 psec. und 100 msec. ab. Die Ansteuerung der Spule (34) des magnetischen Kreises (34/35) erfolgt im Bereich von 0,1 bis 20 sec. Die Gesamtansteuerzeit ist also relativ lang im Vergleich zur Zeit in der ein Ereignis stattfindet. Aus diesem Grund ist eine Einrichtung von Vorteil, mit der beim Eintreffen eines Ereignisses ein Triggersignal (46) erzeugt wird. Dieses Triggersignal (46) wird dem Schirm (48) zugeführt und zwar dem Eingang: externer Triggereingang. Jetzt ist es möglich, den Zeitabschnitt vor, während und nach der Veränderung im magnetischen Kreis (34/35) des Prüflings zeitgedehnt darzustellen. Die Verwendung eines digitalen Speicherschirmes ist von Vorteil.

Die Triggerquellen werden über einen Wahlschalter (29) eingestellt und sind:
I. Änderung am Kontakt
II. Anzug
III. Abfall
IV. Spikes.

In der Triggereinrichtung (46) ist ein Umschalter (28) vorgesehen. Mit diesem Schalter kann ausgewählt werden auf welcher Flanke des Ereignisses das Triggersignal (46) erzeugt wird (z. B. beim Schließen eines Kontaktes oder beim Öffnen eines Kontaktes). Der Schalter hat eine weitere Stellung, bei der sowohl bei steigender als auch bei fallender Flanke (Kontakt (35) schaltet ein, schaltet aus) ein Triggersignal (46) erzeugt wird. Das Triggersignal (46) wird normiert. Dadurch ist es möglich bei unterschiedlichen Triggerereignissen (29) die Einstellung des Schirmes (48) beizubehalten.

Summer (36)

Die Schaltzustände am Relaiskontakt (35) können akustisch über einen Summer (36) signalisiert werden. Die Schaltgruppe "Summer (36)" besitzt zwei Eingänge. Diese zwei Eingänge können wahlweise intern oder extern angesteuert werden. Die externen Eingänge sind entprellt. Zusätzlich zum akustischen Signal, zeigen die Leuchten (30/31) die Eingangspegel an den Eingängen 1 und 2 an.

Der Summer (36) hat drei Betriebsmöglichkeiten : Aus/interne Ansteuerung/externe Ansteuerung.

Er signalisiert 4 Betriebszustände:
I. Aus, bei 2 L Signalen
II. Hohe Frequenz bei H an Eingang 1
III. Tiefe Frequenz bei H an Eingang 2
IV. Intermittierendes Signal wenn beide Eingänge auf H liegen.

Kontaktauswertung für die Zeitmessung (38)

Um die Prellung am zu messenden Kontakt (35) des magnetischen Kreises sauber zu erfassen, ist es notwendig, die einzelnen, kurzen Impulse sicher zu erkennen und zu digitaiisieren. Hierfür ist eine Meßwerterfassung notwendig, die Veränderungen am Meßeingang im Bereich von 10 µsec. sicher erkennt. Bei der praktisch ausgeführten Vorrichtung wurden schnelle Komparatoren verwendet. Hierbei ist auf ein sauberes Triggerverhalten der Stufe zu achten. Mit dem Potentiometer (26) wird die Schwellspannung der Komparatoren eingestellt. Um die Flexibilität der Vorrichtung zu verbessern, wurden zwei Meßwerterfassungsschaltungen eingesetzt. Die digitalen Ausgänge dieser Schaltung (38) steuern die Schaltung (45) an. Die Schaltzustände an den Ausgängen (38) der Komparatoren werden mit den Anzeigen (22-25) angezeigt. Die Ausgänge (38) werden in der optionalen externen Steuerung verarbeitet und können in einem PC (49) abgespeichert werden. Dieser PC wird mit einer Interfacekarte (53) versehen, eine Seite der Interfacekarte (53) ist mit der externe Steuerung (50) verbunden.

Messung des Spannungsabfalls (54) am Kontakt (35)

Der Verlauf des Spannungsabfalls am Kontakt (35) eines Relais (34/35) sagt viel über die Qualität des fertigen Relais (34/35) aus. Im Ruhezustand steht an einem geöffneten Kontakt (35) die Spannung U-Kontakt (19) an. Diese wird mit dem Potentiometer (19) eingestellt. Sie beträgt z. B. 20 Volt. Bei einem Laststrom von 5 A stellt sich, beim geschlossenen Relaiskontakt (35), eine Spannung von ca. 20 mV - über den Kontakten - ein. Der Schirm (48) muß so eingestellt werden, daß das 20-mV-Signal sauber dargestellt werden kann. Bei geöffnetem Relaiskontakt (35) ist der Y-Verstärker des Schirmes (48) praktisch um den Faktor 1000 überfahren. Beim Schließen des Relaiskontaktes (35) schwingt der Y-Verstärker ein. Dieses Signal ist dem Meßsignal überlagert. Das Einschwingen verfälscht das Meßsignal. Um den Fehler der durch das Einschwingen entsteht zu verringern, wurde eine besondere Klemmschaltung (54) entwickelt. Ein Adapter nimmt die Spannung an den Kontakten (35) des magnetischen Kreises (34/35) ab. Zwischen diesem Adapter und dem Schirm (48) wird ein Verstärker (54) geschaltet. Dieser Verstärker (54) besteht aus zwei Bausteinen:
1. Einem Impedanzwandler im Eingang
2. Einem Regelkreis.
Zu 1: Es wird die Standardschaltung eines Verstärkers verwendet.
Zu 2: Die Ausgangsspannung des Impedanzwandlers wird mit einer Referenzspannung verglichen.

Die Referenzspannung liegt in der Größenordnung von 0,1 V. Die Regelschaltung besteht aus einem rückgekoppelten Verstärker. Dieser steuert eine Stromquelle. Der heiße Anschluß des Arbeitswiderstand der Stromquelle geht über einen zusätzlichen Schutzwiderstand zum Y-Verstärker des Schirmes (48). Wenn die Ausgangsspannung am Impedanzwandler hoch ist, beeinflußt der Komparator die Stromquelle so, daß am Anschluß zum Schirm (48) die Meßspannung gleich der Referenzspannung ist. Wenn die Spannung am Eingang des Impedanzwandler unter der Referenzspannung liegt, beeinflußt der Komparator nicht das Signal, welches zum Schirm (48) geht. Das Meßsignal am Ausgang (54) folgt dem Meßsignal am Eingang linear. Der Y-Verstärker des Schirmes (48) wird typischerweise um den Faktor 100 weniger übersteuert.

Relaiseinheit (39)

In der Relaiseinheit (39) werden bei der bei der praktisch ausgeführten Vorrichtung Steuersignale verarbeitet. Diese Steuersignale kommen von der externen Steuerung (50) und/oder vom Betriebswahlschalter (13). Die in diesem Fall aufgebaute Relaiseinheit (39).

Zusammenarbeit mit der externen Steuerung (50)

• a. Die externe Steuerung arbeitet mit einem PC (49) zusammen. Die Kommunikation zwischen Steuerung (50) und PC (49) erfolgt über eine Interfacekarte (53).
  Die Interfacekarte (53) wird in das System des PCs (49) eingebunden.
  Die Meßergebnisse - welche von der Vorrichtung erfaßt werden können über die externe Steuerung (50) in den PC (49) eingelesen werden.
• b. Die externe Steuerung (50) kann die Vorrichtung fernbedienen.
  Bei der praktisch ausgeführten Vorrichtung sind folgende Betriebsarten möglich:
• I. Fortlaufender Betrieb
• II. Einmaliger Meßvorgang
• III. Besondere, dem Einzelfall zugeordnete, Ablaufprogramme.
• c. Die externe Steuerung (50) kann die Steuerung eines Dauerversuches (51) übernehmen.
• I. Die Ansteuersignaie für die Spulen (34) der Prüflinge (34/35) werden von der Vorrichtung durch die externe Steuerung (50) geschleift, und verstärkt den Prüfungen zugeführt.
• II. Das Ansteuersignal für die Spulen (34) der magnetischen Kreise (34/35) werden von der externe Steuerung (50) erzeugt.
• III. Überwacht werden die Kontakte (35) der magnetischen Kreise (34/35) auf den zulässigen Spannungsabfall.
• IV. In der Software wird festgelegt:
  Ablauf des Prüfprogrammes
  Frequenz und Art der Spulenerregung (34)
  Höhe des zulässigen Spannungsabfalls (35).

Durch eine andere Auslegung der externen Steuerung (50) und der hier beschriebenen praktisch ausgeführten Vorrichtung ist es möglich, auch die anderen Einstellungen (digital & analog) der Vorrichtung durch die externe Steuerung (50) zu beeinflussen bzw. vorzugeben.

Bezugszeichenliste

1 Frontplatte
2 Blockschaltbild
3 Anzugsverhalten eines Relais (34, 35) mit Vorlaufkontakt
4 Abfallverhalten eines Relais (34, 35) mit Vorlaufkontakt
5 Zeitverhalten eines Relais (34, 35) mit Vorlaufkontakt (Rechteckansteuerung)

Claims (4)

1. Meßverfahren zur Darstellung von Änderungen in einem magnetischen Kreis (34, 35) auf einem Schirm (37 ) dadurch gekennzeichnet, daß

• a. eine Spule (34) mit einer Stromquelle (40) angesteuert wird;
• b. der Strom der Stromquelle (40) mit einer der Aufgabenstellung angepaßten Kurvenform geändert wird;
• c. die Stromquelle (40) so ausgelegt wird, daß diese in der Lage ist, die dem jeweils anwendungsspezifischen magnetischen Kreis (34, 35) zugeordneten Min.- und Maxwerte zu erreichen;
• d. der Innenwiderstand der Stromquelle (3 ) so groß ist, daß sich Rückwirkungen aus dem mechanischen Teil (35) des magnetischen Kreises (34, 35) als Änderung der Spannung an der Spule (34) darstellen lassen; und als Schirm (48) vorzugsweise die Braunsche Röhre eines Osziiloscopes verwendet wird.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung eine externe Steuerung (50) verwendet werden kann.

3. Meßverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein PC (49) zur Speicherung, zum Ausdrucken und zur Variation der Meß- und Steuerdaten verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• a. die Belastung (19, 37) des Kontaktes (35) einstellbar ist.
• b. sich aus den unterschiedlichsten Betriebszuständen des Prüflings ergebende Signale in akustischer (36) und/oder grafischer Form (48, 38) ausgegeben werden,
• c. die Zeitdifferenzen im Bewegungsablauf des magnetischen Kreises (34, 35) in der Baugruppe (38) meßtechnisch erfaßt und ausgewertet werden,
• d. diskontinuierlichen Änderung im magnetischen Kreis (34, 35) in ein logisches Signal (44) umgewandelt werden,
• e. eine Triggereinrichtung (46) zur Ansteuerung des Eingangs "externe Triggerung" eines Oszilioscopes (48) mit einem normierten Signal vorhanden ist, und
• f. mit einer Einrichtung (54) der Spannungsabfall am Kontakt (35) des magnetischen Kreises (34, 35) optimal auf dem Schirm (48) dargestellt werden kann.