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Verfahren zur Messung und oszillographischen Anzeige von Kontaktwiderständen
Bei
der Erfindung liegt die Aufgabe vor, den Übergangswiderstand an Kontakten, insbesondere
an periodisch betätigten Kontakten zu messen und oszillographisch anzuzeigen. Zu
diesem Zweck ist es l>ereits bekallnt, dem zu untersuchenden Kontakt einen Widerstand
parallel zu schalten und die an der Parallel schaltung auftretende Spannung als
Eingangsspannung für einen Elektronenstrahloszillographen zu verwenden.
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Wenn man den Übergangswiderstand in dieser Weise mit den bei Oszillographen
üblichen hlitteln aufnimmt, so erhält man eine Rechteckkurve, deren waagerecht verlaufende
Teile dem eindeutig geöffneten bzw. eindeutig geschlossenen Kontakt entsprechen.
Diese Teile interessieren aber für die Beol>achtung nur wenig. Von l>esonderem
Interesse ist dagegen der sprunghafte Übergang von einem Widerstandswert zum anderen
bzw. ein kleiner Bereich zu beiden Seiten dieser Zone. Gerade diese Vorgänge werden
aber nur sehr undeutlich angezeigt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser Nachteil dadurch
vermieden, daß der Kipprücklauf des Oszillographen für die Anzeige in der Weise
mit ausgenutzt wird, daß eine Hellsteuerung desselben und eine solche phasenmäßige
Synchronisierung erfolgt, daß der interessierende Teilvorgang in den Rücklauf fällt.
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Bei den üblichen Oszillographenschaltungen wird der Kipprücklauf
stets als störend empfunden und aus diesem Grunde dunkel gesteuert. Außerdem wird
der sägezahnförmigen Steuerspannung für den Rücklauf eine kurze und steile Flanke
gegeben,
weil man dadurch den Rücklauf abkürzen kann.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man eine übersichtliche
Darstellung der Änderung von Kontaktwiderständen dadurch erhalten kann, daß dafür
gesorgt wird, daß die Kontaktbetätigung in dem Kipprücklauf fortfällt, daß dieser
hell gesteuert und durch entsprechende Kurvenform der sägezahnförmigen Steuerspannung
gedehnt wird.
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Um nun aber nicht nur eine optische Anzeige der Kontaktwiderstände
zu erhalten, sondern außerdem eine Messung vornehmen zu können, müssen die Ordinaten
ausgemessen werden. Zu diesem Zweck ist eine der Meßschaltung gleiche Eichschaltung
mit mehrfach, vorzugsweise Iofach größeren Widerständen vorgesehen. Bei der oszillographischen
Anzeige ist es möglich, Versuche unter direkter Beobachtung augenblicklich auszuwerten.
Allerdings muß Vorsorge getroffen werden, daß die Übergangswiderstände und ihre
Schwankungen gemessen werden, ohne daß die Braunsche Röhre des Oszillographen durch
die Schaltspannung übersteuert wird. Der Vorteil einer solchen Anzeige liegt darin,
daß sowohl die Spannungen des Übergangswiderstandes und deren Schwankungen als auch
die Schaltspanung im gleichen Bilde abzulesen sind. Die Ablesung erfolgt in fast
linearem Maßstab, wenn der Parallelwiderstand eine Größenordnung größer ist. Wenn
der Parallelwiderstand gleich dem Obergangswiderstand ist, steigt die Amplitude
entsprechend der Parallelschaltung zweier Widerstände, wobei sich der Nullpunkt
der Schaltspannung durch Umschalten auf einen etwa Iofach größeren Parallelwiderstand
finden läßt. Der Batteriestrom ist bei konstantem und geschlossenem Kontakt annähernd
konstant. Wenn nun erfindungsgemäß der Rücklauf des Oszillographen zur Anzeige mit
ausgenutzt wird, so erhält man dadurch einen besonders tiefen Einblick in den Verlauf
der Übergangswiderstände. Die Breitbandigkeit des Verstärkers gestattet es, Ein-
und Ausschaltzeit sowie die Dauer vorhandener Prellimpulse beim Einschalten von
2 M5 genau zu erkennen und bei einer Dauer von 20 los bereits formgetreu darzustellen.
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Die Dauer der Prellungen liegt mitunter ein bis zwei Größenordnungen
unter denen der Kontaktdruckschwankungen. Die gleichzeitige Betrachtung beider Vorgänge
ist dadurch möglich, daß der Rücklauf des Oszillographen mit ausgenutzt wird, der
bei tiefen Frequenzen im Mittel etwa 1/20 der Kippdauer ausmacht. Mithin zeigt er
in der Bildschirmmitte etwa die 20fach Zeitauflösung, wie sich durch Eichen, z.
B. mittels einer der obigen Druckspannungswellen, nachweisen läßt. Obwohl der Rücklauf
entsprechend der exponentiellen Kondensatorentladung im ganzen nicht linear ist,
kann er für einen Teil als linear gelten.
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In Fig. I ist die prinzipielle Schaltungsanordnung dargestellt, und
an Hand des Diagramms der Fig. 2 wird der Schaltvorgang erläutert. Die Fig. 3 zeigt
eine Schaltung für Meß- und Eichzwecke und Fig. 4 ein Diagramm des hierbei auftretenden
Schaltvorganges. In Fig. 5 ist schließlich eine Kurve dargestellt, die zur Auswertung
der Messungen dient.
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In Fig. I ist mit K der zu untersuchende Kontakt bezeichnet, von
dem angenommen wird, daß er mit einer Frequenz von 50 Hz betätigt wird. Parallel
zu diesem Kontakt ist der bereits erwähnte Widerstand R geschaltet und in Reihe
mit dieser Schaltung befindet sich ein konstanter Vorwiderstand rk und eine Stromquelle.
An den Klemmen I, 2 wird die Eingangsspannung für den Oszillographen abgenommen.
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Bei der periodischen Schließung und Offnung des Kontaktes K ergibt
sich ein Spannungsverlauf, wie er in Fig. 2 durch den annähernd rechteckförmigen
Kurvenzug a, b, e, f dargestellt ist. Im Verlauf dieser Kurve entspricht der Teil
von a bis b der Spannung am offenen Kontakt, d. h. der Spannung am Parallelwiderstand
R. Im Punkt b ist der Kontakt eingeschaltet, d. h. die Spannung müßte theoretisch
Null sein. Es zeigt sich aber, daß hier Spannungsschwankungen c und d auftreten,
die durch Schwankung des Kontaktübergangswiderstandes verursacht sind. Der Kurventeil
e, f gilt für den wieder geschlossenen Kontakt. Der Rücklauf des Oszillographen
ist in Fig. 2 durch den von rechts nach links verlaufenden Kurvenzug g, h, i, k,
I dargestellt. Der Zeitmaßstab ist dabei erheblich weiter auseinandergezogen, so
daß im einzelnen der Verlauf der Vorgänge deutlicher erkennbar ist als z. B. in
dem lotrechten Kurventeil bei b oder e.
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Die mit g, h, i bezeichneten Kurventeile stellen Prellungen dar, die
möglicherweise durch Schwingungen der federnden Kontaktspitze verursacht sind. Der
Kurventeil k ergibt das Spannungsbild beim Einschalten, d. h. bei ansteivendem Kontaktdruck,
und schließlich entspricht der Kurventeil 1 den mit c bezeichneten Schwankungen
in der Grobdarstellung bei der Aufzeichnung der Kurve von links nach rechts.
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Bei diesen Betrachtungen ist bisher nur der zeitlicheVerlauf der
Spannungen am Kontakt erläutert worden, und es kommt nun darauf an, die entsprechenden
Ohmwerte der Übergangswiderstände zu finden bzw. einen Maßstab zu finden, der gestattet,
die Ohmwerte aus der oben erläuterten zeitabhängigen Spannungskurve zu entnehmen.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß die senkrechte Ordinate bis zum Punkt a einem
von o bis unendlich wachsenden Ohmwert entspricht und daß die Länge der Ordinate
den Ohmwert nicht in linearer Teilung zeigen kann, da dieser bis zur ersten Berührung
der Kontakte praktisch unendlich groß ist, dann aber außerordentlich schnell auf
o abnimmt. Um die Ausmessung der Amplituden vorzunehmen, wurde die Versuchsschaltung
der Fig. 3 entwickelt. Der zu untersuchende Kontakt K kann in diesem Fall mittels
eines Umschalters U entweder an die bereits beschriebene normale Meßschaltung mit
den Widerständen R und Rk oder an eine Eichschaltung mit Iofach größeren Widerständen
gelegt werden.
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In dem Fall, daß der Parallelwiderstand R eine Größenordnung größer
ist als der Kontaktwiderstand r, gilt folgendes: R io r.
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Die Spannung im Punkt a des Diagramms ist daher J . R.
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Sinngemäß ist die Spannung im Punkt b, wenn bereits die Parallelschaltung
der Widerstände r, R vorhanden ist: Ub = J . R.r # J . r = 0,1 ua.
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R + r Des weiteren gilt bei der Schwankung im Kurvenverlauf, wenn
der Punkt c erreicht ist, für die Spannung folgende Gleichung:
Die Nullinie liegt also in diesem Fall um den Betrag 0,1 11a unter der Anzeige im
Punkt b. Die Widerstände sind dabei annähernd proportional den angezeigten Amplituden.
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Wenn nun der Parallelwiderstand R gleich dem Kontaktübergangswiderstand
ist, so ist die Nullinie dadurch zu finden, daß der Umschalter U in Fig. 3 in die
Eichstellung umgelegt wird. Hierzu gehört das Diagramm Fig. 4. Der Kurventeil a',
b' entspricht der gesamten Schaltspannung am Parallelwiderstand R, während der Kurvenverlauf
a, b um die Spannung an der Parallelschaltung der Widerstände R und r verringert
ist. Beträgt z. B. die Eichamplitude a', b' 30 mm und die Meßamplitude a, b 20 mm
= 0,67 a', b', so ergibt sich nach Fig. 5 R = ° 5; für R = 50 .Q wird r = 25 MQ.
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Der Amplitudenunterschied a, c sei Ig mm, R mithin = I, und der Kontaktübergangswiderstand
für Punkt c im gleichen Beispiel rC = 50 M Q, d r also = 25 MQ. Für a, c = 3 mm,
R = 10 rc = 5ooMQ, Jr=475JQ; a, c= 19,5 mm. r =0,55, rC=27,s MQ, R r = 2,5 M#.
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Es liegt nahe, für Messungen dieser Art den Rücklauf ebenso wie den
Hinlauf durch eine Penthode zu linearisieren. Lediglich bei den höchsten Kippfrequenzbereichen
muß die Penthode entfallen, um die Rücklaufzeiten nicht zu verlängern. Zweckmäßig
wird zur Kippung die halbe Schaltfrequenz verwendet, wodurch gleichzeitig eine Groh-
und Feindarstellung des Einschaltvorganges zu erreichen ist. Die Feindarstellung
durchläuft dabei, wie oben dargelegt wurde, die Zeitachse im umgekehrten Sinn. Ein
Phasenschieber am Meßobjekt oder am Synchronisierspannungsvorgang des Oszillographen
gestattet, jeden beliebigen Teil der Kurve in die Feindarstellung zu verschieben.
Eine Helligkeitssteuerstufe, die durch die Rücklaufspannung gespeist wird, bewirkt
eine Aufhellung des Rücklaufs. Auch ist eine einfache kapazitive Kopplung bedingt
verwendbar. Dadurch werden Hin- und Rücklauf in vergleichbarer Helligkeit gezeigt,
was mit Rücksicht auf die verschiedene Laufgeschwindigkeit von Wichtigkeit ist,
da absolute Gleichheit der Helligkeit die Beobachtung erschwert. Durch die Rücklaufausnutzung
wird das Synchronisierungsproblem vermieden, welches vorliegt, wenn zum Zweck der
Darstellung eines periodischen Schaltvorganges die Ablenkung mit etwa zofacher Kippfrequenz
erfolgt. Ebenso schwierig wäre die Dunkel steuerung der neunzehn nicht benutzten
Kippvorgänge. Die Vorgänge außerhalb der Schaltzeit könnten dabei nicht beol>-achtet
werden.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Messung und oszillographischen
Anzeige von Übergangswiderständen an Kontakten, insbesondere periodisch betätigten
Kontakten unter Zuhilfenahme eines dem Kontakt parallel geschalteten Widerstandes,
wobei die an der Parallelschaltung auftretende Spannung als Eingangsspannung für
einen Elektronenstrahloszillographen dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipprücklauf
des Oszillographen für die Anzeige in der Weise mit ausgenutzt wird, daß eine Hellsteuerung
desselben und eine solche phasenmäßige Synchronisierung erfolgt, daß der interessierende
Teilvorgang in den Rücklauf fällt.